金属材料与热处理 教学课件 作者 吴惠明 第2章 金属的晶体结构与结晶.ppt

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1、第2章金属的晶体结构和结晶知识目标：了解三种典型金属晶体结构的特点及常见金属。了解金属的实际结构与晶格缺陷。掌握纯金属的结晶的条件、基本过程和细化晶粒的主要方法。掌握纯铁的同素异构转变。技能目标：能运用金属晶体结构的知识分析典型金属的性能差异。能运用细化晶粒的措施提高铸件的力学性能。2.1金属的晶体结构2.2金属的结晶2.3金属的同素异构转变第2章金属的晶体结构和结晶2.1金属的晶体结构2.1.1晶体与非晶体2.1.2晶体结构的概念2.1.3金属晶格的类型2.1.1晶体与非晶体晶体：在物质内部，凡原子（或分子）在三维空

2、间呈有序、有规则排列的物体。非晶体：在物质内部，凡原子（离子或分子）在三维空间呈无序堆积状况的物体。晶体金刚石、NaCl、冰等。非晶体蜂蜡、玻璃等。2.1.1晶体与非晶体项目晶体非晶体定义凡原子（或分子）在三维空间呈有序、有规则排列的物体凡原子（离子或分子）在三维空间呈无序堆积状况的物体性能特点具有规则的几何形状有一定的熔点，性能呈各向异性没有规则的几何形状有固定的熔点，性能呈各向同性典型物质石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶晶体和非晶体的对比2.1.2金属的晶格类型2.1.2.1晶格

3、和晶胞为了便于研究，人们把金属晶体中的原子近似看做是一个个刚性小球，则金属晶体就是由这些刚性小球按一定几何规则紧密堆垛而成的物体。晶体内部原子排列示意图晶体中原子的排列2.1.2金属的晶格类型2.1.2.1晶格和晶胞晶格：为了清楚地表示晶体中原子排列的规律，将原子简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，形成一个能反映原子排列规律的空间格架。晶格2.1.2金属的晶格类型晶胞：晶格中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。晶胞2.1.2金属的晶格类型2.1.2.2晶格常数zxyabc图2―3简单立方晶格的晶胞的

4、表示方法棱边长度都相等（a=b=c）三个晶轴之间的夹角也相等α=β=γ=90°晶格常数：晶胞的棱边长度称为晶格常数2.1.2金属的晶格类型2.1.2.3晶面和晶向晶面：在晶体中由一系列原子中心所构成的平面称为晶面。晶向：通过两个或两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。2.1.3金属晶格的类型每个晶胞原子数n=8×1/8+1=2(个)属于体心立方晶格类型的金属有α-Fe（912℃以下的钝铁）、铬、钼、钨等。2.1.3.1体心立方晶格2.1.3金属晶格的类型2.1.3.2面心立方晶格每个晶胞中的原

5、子数为n=8×1/8+6×1/2=4(个)属于面心立方晶格类型的金属有γ-Fe（1394－912℃的钝铁）、铝、铜、银等。2.1.3金属晶格的类型2.1.3.3密排六方晶格密排六方晶胞中的原子数n=12×1/6+2×1/2＋3=6(个)有密排六方晶格的金属有镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）、镉（Cd）等。金属材料是如何得到的？冶炼矿石金属材料凝固液态固态2.2金属的结晶炼铁2.2金属的结晶2.2.1纯金属的冷却曲线及过冷度2.2.2纯金属的结晶过程2.2.3晶粒大小对金属力学性能的影响2.2.4金属晶体结构的缺陷2.

6、2金属的结晶液体固体结晶：金属由原子不规则聚集的液体转变为原子规则排列的固体的过程。结晶2.2.1纯金属的冷却曲线及过冷度研究方法：热分析法。1、纯金属的冷却曲线结晶潜热：结晶的过程中放出的热量。2.2.1纯金属的冷却曲线及过冷度金属结晶的条件:必须有一定的过冷度T1ΔT理论结晶温度实际结晶温度ΔT=T0–T1tTT0过冷度:理论结晶温度和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差（△T=T0－T1）。金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶的温度就越低，过冷度△T也就越大。过冷现象：液态金属必须冷却到理论结晶温度T0以下某一个

7、温度T时才开始结晶，这个现象称为过冷。水的结晶2、过冷现象和过冷度实际结晶时的冷却曲线纯金属的结晶过程晶核长大形核2.2.2纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程2.2.2纯金属的结晶过程1.形核长大形核长大自发形核：在一定过冷条件下，仅依靠自身原子有规则排列而形成晶核非自发形核：液态金属中常存在着各种固态的杂质微粒，依附于这些固态微粒而形成晶核形核2.长大按树枝状长大的方式长大冰花枝晶纯金属结晶过程示意图液态金属的结晶条件：一定过冷度的条件下2.2.2纯金属的结晶过程2.2.3晶粒大小对金属力学性能的影响实验表明，细晶粒金

8、属比粗晶粒金属具有更高的强度、硬度、塑性和韧性。形核率越高，长大速度越小，结晶后的晶粒越细小。因此，细化晶粒的根本途径是提高形核率及降低晶核长大速度。表2―1晶粒大小对纯铁力学性能的影响晶体平均直径/μmRm/MPaReL/MPaA/%701843430.6252164539.52.02685848.81.62706650.72.