机械工程材料 教学课件 作者 周超梅 第二章 金属的晶体结构与结晶.ppt

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1、第2章金属的晶体结构与结晶第二章金属的晶体结构与结晶第一节金属的晶体结构第二节合金的基本结构第三节纯金属的结晶第四节合金的结晶第一节金属的晶体结构晶体：晶体是指物体中的原子在三维空间按一定几何规律重复排列的有序结构。非晶体：指物体中的原子在三维空间无序排列的结构。一、晶体结构的基本概念一、晶体结构的基本概念晶体结构示意图代表：金刚石、NaCl、冰等。非晶体结构示意图代表：蜂蜡、玻璃、沥青等晶格：表示原子在晶体中排列规律的空间几何格架称为晶格。晶胞：指组成晶格的最小几何单位。一、晶体结构的基本概念晶

2、胞一、晶体结构的基本概念晶格晶胞晶面：晶体中由一系列原子所组成的平面称为晶面。一、晶体结构的基本概念晶向：通过二个或二个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的一定方向，称为晶向。一、晶体结构的基本概念XYZabcXYZabc晶面晶向体心立方晶格bcc面心立方晶格fcc密排六方晶格hcp二、常见的三种晶格类型二、常见的三种晶格类型体心立方晶格：在立方体晶胞的八个顶角上和晶胞中心各有一个原子。这种晶格类型的金属有α-铁（α-Fe）、钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等。二、常见的三种晶格类型

3、二、常见的三种晶格类型面心立方晶格：在立方体晶胞的八个顶角和立方体六个面的中心各排列一个原子，这种晶格类型的金属有γ-铁（γ-Fe）、铜（Cu）、铝（Al）、铅（Pb）、金（Au）、镍(Ni)等，二、常见的三种晶格类型二、常见的三种晶格类型二、常见的三种晶格类型密排六方晶格：它的晶胞是一个正六棱柱体，在六棱柱的各个棱角和上、下两个六边形底面的中心各有一个原子，此外在棱柱体中间还有三个原子。这种晶格类型的金属有锌（Zn）、镁（Mg）、铍（Be）、镉(Cd)。二、常见的三种晶格类型二、常见的三种晶格类

4、型二、常见的三种晶格类型三、金属的实际晶体结构单晶体：金属晶体其内部晶格位向是一致的。多晶体：一块金属晶体由许多晶格位向不同的微小晶体组成的称为多晶体。单晶体多晶体三、金属的实际晶体结构晶粒：单晶体内部的晶格位向是一致的，多晶体中彼此相邻的小晶体间位向都不同，这种不规则的小晶体称为晶粒。晶界：晶粒与晶粒之间的界面称为。纯铁组织晶粒示意图点缺陷：点缺陷是指在三维空间的三个方向上尺寸都很小的晶体缺陷，常见的有晶格空位和间隙原子。三、金属的实际晶体结构晶格空位间隙原子大置换原子小置换原子三、金属的实际晶

5、体结构空位和间隙原子引起的晶格畸变三、金属的实际晶体结构线缺陷：在三维空间的两个方向上尺寸很小的晶体缺陷称为线缺陷。常见为刃形位错和螺形位错等。三、金属的实际晶体结构刃型位错螺型位错刃形位错：三、金属的实际晶体结构在这个晶体ABCD面的上方，多出一个垂直的半原子面EFGH，象刀刃一样切入晶体与ABCD面交于EF线（位错线），使晶体中上下两部分的原子产生了错排现象，称为刃形位错。三、金属的实际晶体结构刃型位错：刃型位错的形成面缺陷：在三维空间的一个方向上尺寸很小而呈面状的晶体缺陷称为面缺陷。主要指晶

6、界、亚晶界（镶嵌块边界）。三、金属的实际晶体结构晶界亚晶界面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。三、金属的实际晶体结构晶界合金：由二种以上金属或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。组元：组成合金的最基本的独立物质。相：相是合金中成分、结构相同并以界面相互分开的各个均匀组成部分。相变：金属或合金的一种相在一定条件下，可以变为另一种相。第二节合金的基本结构一、合金的概念二、合金的组织根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的基本结构可分为固溶体和金属化合物两大类。固溶体：溶质原子

7、溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型的合金相称为固溶体。溶入的原子称为溶质原子，而基体原子称为溶剂原子，根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。二、合金的组织置换固溶体：溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体，称为置换固溶体。二、合金的组织间隙固溶体：当溶质原子嵌入溶剂晶格各结点之间的空隙内形成的固溶体称为间隙固溶体。二、合金的组织金属化合物:合金中溶质含量超过溶剂的溶解度时，合金元素间发生相互作用而生成具有金属性质的一种新相，称为金属化合物。金属化合物

8、的特点是熔点高、性能硬而脆。铁碳合金中的Fe3C二、合金的组织第三节纯金属的结晶纯金属或合金由液态变为固态的过程也是原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程，这个过程为金属的结晶过程。一、纯金属的冷却曲线及过冷现象冷却曲线——热分析法tTT0Tn理论结晶温度T0实际结晶温度Tn}T过冷度T=T0-Tn纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度结晶过程——形核和晶核长大的过程液态金属形核晶核长大完全结晶二、纯金属的结晶过程晶核的生成二、纯金属的结晶过程自发晶核:由液体金属内部