机械工程材料 教学课件 作者 倪兆荣 张海筹 主编第2章 金属的晶体结构与结晶.ppt

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1、机械工程材料倪兆荣张海筹/主编张帆朱成华/副主编王宏启/主审第2章金属的晶体结构与结晶金属材料的性能与其内部的原子排列密切相关，金属在冷、热加工过程中的许多变化也与晶体结构有关。金属的特性与金属键1.金属的特性固态金属的主要特性有：1）良好的导电、导热性。2）不透明，有金属光泽。3）具有较高的强度和良好的塑性。4）具有正的电阻温度系数，即金属的电阻随温度的升高而增大。金属的晶体结构金属键金属原子外层电子与原子核的结合力较弱，很容易摆脱原子核的吸引力，这种电子成为自由电子。失去外层电子的金属原子成为正离子。自由电子在正离子间自由运动，形成

2、所谓的“电子气”。正离子与电子气之间依靠静电引力结合起来，这种结合方式称为“金属键”。第2章金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构金属键模型晶体结构的基本概念晶体与非晶体自然界中的一切固态物质，按其内部粒子的排列情况可分为晶体和非晶体。凡内部粒子呈规则排列的固态物质称为晶体，如食盐、雪花、固态金属等都是晶体。凡内部粒子呈无规则堆积的固态物质，成为非晶体，如普通玻璃、松香等都是非晶体。第2章金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构晶体结构的基本概念晶格与晶胞在晶体中，原子按一定的规律在空间有规则地堆垛在一起。表示晶体中原子排列形式的空间格架叫做晶格

3、，从晶格中取出一个能完全代表晶格结构特征的最基本的几何单元，这种基本单元叫晶胞。第2章金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构晶体中原子排列示意图三种常见的典型晶体结构第2章金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格实际金属的晶体结构点缺陷。其特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，例如空位、间隙原子和置换原子等。线缺陷。其特征是在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大。属于这一类缺陷的主要是位错。面缺陷。其特征是在一个方向上的尺寸很小，另外两个方向上的尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界等。第2章金属

4、的晶体结构与结晶金属的晶体结构第2章金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构线缺陷刃型位错螺型位错位错密度面缺陷晶体表面晶界亚晶界点缺陷空位间隙原子置换原子晶体中的各种点缺陷1，2―空位；3，4―间隙原子；5，6―置换原子第2章金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构纯金属的结晶物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如果所凝固成的固体是晶体，则此凝固过程又称为结晶。金属结晶的现象分为：1.结晶过程的宏观现象2.结晶潜热的释放3.结晶过程的微观过程金属结晶的结晶条件：结晶的热力学条件结晶的结构条件晶核的形成在过冷液体中形成固态晶核时，可能有两种形核方式

5、。一种是均匀形核，又叫均质形核或自发形核；另一种是非均匀形核，又叫异质形核或非自发形核。如果液相中各个区域出现新相晶核的几率都相同，则为均匀形核；如果新相优先出现在液相中的某些区域，则为非均匀形核。晶核的长大晶核形成之后，就进入长大阶段，晶核长大实质上是原子逐个从液相中扩散到晶核表面上，并按照晶体点阵规律要求，逐个占据适当的位置而与晶体稳定牢靠地结合起来的过程。金属的晶体结构第2章金属的晶体结构与结晶结晶后晶粒大小的控制增大过冷度变质处理振动和搅拌第2章金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构形核率和长大速度与过冷度的关系第2章金属的晶体结构

6、与结晶金属的晶体结构铸锭三晶区的形成铸锭组织示意图1表层细晶区2中间柱状晶区3中心等轴晶区铸锭三晶区的组织与性能第2章金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构表层细晶区完全是细小而紧密排列的等轴晶，具有最好的机械性能。但由于其厚度一般都很薄，有的只有几个毫米厚，因此没有多大的实际意义。柱状晶区本身由于分支很少，在枝晶间形成铸造缺陷的可能性小，组织比较致密。但相邻柱状晶间的界面比较平直，晶粒间彼此结合的不太牢固，特别是沿不同方向延伸的柱状晶往往会在交界处形成脆弱界面，在轧制时容易沿此面开裂。此外，柱状晶区由于晶粒沿着一个方向生长，使其性能具有方

7、向性。等轴晶区的枝杈间的搭接牢固，裂纹已不扩展,不存在明显的脆弱界面等轴晶的树枝状晶体比较发达，分枝较多，因此显微缩孔较多，组织不够致密，并且一般情况下晶粒较粗大。影响柱状晶区生长的主要因素：1.铸锭模的冷却能力铸锭模及刚结晶的固体的导热能力越大，越有利于柱状晶的生长。2.浇注温度与浇注速度浇注温度越高，浇注速度越快，越有利于柱状晶的生长，可使铸锭得到较大的柱状晶区。3.熔化温度熔化温度越高，液态金属的过热度越大，非金属夹杂物溶解得越多，非均匀形核的形核率降低，从而减少了柱状晶前沿液体中形核的可能性，有利于柱状晶的发展。第2章金属的晶体

8、结构与结晶金属的晶体结构THANKYOU！谢谢观赏