机械制造基础 教学课件 作者 李长河第1章1.2.ppt

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1、1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.1纯金属的晶体结构与结晶1.2.2纯金属的结晶1.2.3二元合金的晶体结构与结晶1.2.3二元合金的结晶1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.1纯金属的晶体结构与结晶1．晶格与晶格常数为了分析晶体内部原子排列的规律，人们将构成晶体的实际质点忽略，而将它们抽象成纯粹的几何点，称之为阵点。这些阵点在三维空间呈周期性规则排列，并且有等同的周围环境的模型称为晶体点阵，也称为晶格。在晶体点阵中取一单位体积（通常为六面体）作为点阵的最小组成单元，称为晶胞。晶胞的大小和形状以晶胞的棱边长a、b、c和棱边之间的夹角α

2、、β、γ来表示。其中，棱边的边长a、b、c称为晶格常数。1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.1纯金属的晶体结构与结晶晶体点阵示意图晶胞示意图1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.1纯金属的晶体结构与结晶2．晶格类型最常见的金属晶体结构有三种，即体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。属于体心立方晶格的金属有铬、钨、钼、钒及αFe（温度在912℃以下的纯铁）等；属于面心立方晶格的金属有铝、铜、镍及γFe（温度在1394～912℃的纯铁）等；属于密排六方晶格的金属有镁、锌、铍、铬等。1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.1纯金属的晶体结

3、构与结晶常见金属晶体的晶胞a）体心立方；(b)面心立方；(c)密排六方1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.1纯金属的晶体结构与结晶3．实际金属结构在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时将析出新相。实际的金属结构都包含着许多小晶体，每个小晶体都具有不规则的颗粒外形，故称为晶粒；晶粒之间的界面叫做晶界。在实际晶体中，或多或少存在偏离理想结构的区域，称为晶体缺陷。晶体缺陷按几何形状可分为点缺陷（晶格空位、间隙原子和置换原子）、线缺陷（晶体中呈连续现状分部的位错，如刃形位错）和面缺陷（晶界、亚晶界）三类。1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.

4、1纯金属的晶体结构与结晶间隙原子空位置换原子点缺陷示意图刃型位错结构示意图1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.1纯金属的晶体结构与结晶亚晶界晶界面缺陷面缺陷示意图点、线、面缺陷都将导致周围的晶格发生晶格明显的畸变，从而对金属的力学性能、化学性能产生明显的影响。1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.2纯金属的结晶1．金属结晶过程金属溶液在凝固后一般都以晶态存在，即内部原子由不规则的排列转变到规则排列。形成晶体的过程，称为结晶。结晶形成的组织，直接影响金属内部的组织与性能。1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.2纯金属的结晶金属在结晶过程

5、中，其结晶温度可以用热分析法测定。将液态金属放在炉中缓慢冷却，在冷却过程中测得温度随时间变化的数据，则得到冷却曲线1。由于结晶时放出潜热，补偿了冷却散失的热量，冷却曲线出现水平台阶，即结晶在恒温下进行。在无限缓慢冷却条件下的平衡结晶温度T0称为理论结晶温度。在实际结晶时，冷却速度不可能无限缓慢，因此实际结晶温度T1总是低于理论结晶温度T0。如图中曲线2所示。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.2纯金属的结晶纯金属结晶时的冷却曲线1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.2纯金属的结晶金属的结晶过程是

6、不断形成晶核和晶核不断长大的过程，即由晶核的产生和长大两个基本过程组成的。1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.2纯金属的结晶金属结晶后的晶粒越细小，晶界的面积就越大。晶界面积越大晶体缺陷就越多，则对金属力学性能影响越大。一般情况下，细晶粒组织的强度、硬度、塑性和韧性都比粗晶粒组织好。获得细晶粒的方法通常是增加过冷度、变质处理、附加振动及电磁场控制等。2．铸态晶粒的大小1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.2纯金属的结晶3．金属的同素异构转变某些金属在不同温度和应力下呈不同的晶体结构，同一种固态的纯金属（或其他单相物质），在加热或冷却时发

7、生由一种稳定状态转变成另一种晶体结构不同的稳定状态的现象，称为同素异构转变。金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程类似，转变时遵循结晶的一般规律。因此，同素异构转变也可以看作是一种结晶，有时也称为重结晶。通过同素异构转变可以使晶粒得到细化。1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.2纯金属的结晶铁在结晶后继续冷却至室温的过程中，将发生两次晶格转变铁在1394℃以上时具有体心立方晶格，称为δFe；冷却至1394～912℃之间，转变为面心立方晶格，称为γFe；继续冷却至912℃以下，又转变为体心立方晶格，称为αFe。1.2金属和合金的晶体结构与结晶

8、1.2.2纯金属的结晶纯金属的结晶1.2金属和合金的晶体结构与结晶1.2.3二元合金的晶体结构与结晶1．二元合金的晶体结构合金是由两种或两种以上的化学元素（其中至少