工程材料与加工 教学课件 作者 李龙根 第二章　金属材料的组织结构及改性处理.pptx

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1、第二章　金属材料的组织结构及改性处理第一节　纯金属的晶体结构及结晶第二节　合金的晶体结构及结晶第三节　铁碳合金第一节　纯金属的晶体结构及结晶一、金属的晶体结构(一)晶体的概念1.晶体与非晶体图2-1　简单立方晶格模型a)晶体模型　b)晶格　c)晶胞2.晶格与晶胞(二)三种常见的金属结构第一节　纯金属的晶体结构及结晶1.体心立方晶格2.面心立方晶格图2-2　体心立方晶胞第一节　纯金属的晶体结构及结晶图2-3　面心立方晶胞第一节　纯金属的晶体结构及结晶图2-4　密排六方晶格的晶胞3.密排六方晶格第一节　纯金属的晶体结构及结晶二、金属的实际结构和晶体缺陷在实际应用的金属材料中，总是不可避

2、免地存在着一些原子偏离规则排列的不完整性区域，这就是晶体缺陷。一般说来，金属中这些偏离其规定位置的原子数很少，即使在最严重的情况下，金属晶体中位置偏离很大的原子数目至多占原子总数的0．1%。因此，从总体来看，其结构还是接近完整的。尽管如此，这些晶体缺陷不但对金属及合金的性能有重大影响，而且还在扩散、相变、塑性变形和再结晶等过程中起重要作用。(一)多晶体结构第一节　纯金属的晶体结构及结晶图2-5　单晶体与多晶体的结构(二)晶格缺陷第一节　纯金属的晶体结构及结晶1.点缺陷2.线缺陷图2-6　点缺陷示意图第一节　纯金属的晶体结构及结晶图2-7　刃型位错示意图第一节　纯金属的晶体结构及结晶

3、图2-8　面缺陷示意图a)晶界　b)亚晶界第一节　纯金属的晶体结构及结晶3.面缺陷三、纯金属的结晶固态金属处于晶体状态，金属从液态转变为固态(晶态)的过程称为结晶过程。广义上讲，金属从一种原子排列状态转变为另一种原子规则排列状态(晶态)的过程均属于结晶过程。金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶，金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。(一)金属结晶的温度图2-9　纯金属结晶时的冷却曲线示意图第一节　纯金属的晶体结构及结晶(二)金属结晶的规律图2-10　金属结晶过程示意图1.晶核的形成(1)自发形核　液态下金属中存在有大量尺寸不同的短程有序的原子集团。

4、(2)非自发形核　实际金属含有杂质，能够促进晶核在其表面上的形成。第一节　纯金属的晶体结构及结晶2.晶体的长大(1)平面长大　冷却速度较小时，较纯金属晶体主要以其表面向前平行推移的方式长大，即平面式的长大。图2-11　晶体平面长大示意图第一节　纯金属的晶体结构及结晶图2-12　树枝晶生长示意图(2)树枝状长大　当冷却速度较大，特别是存在有杂质时，第一节　纯金属的晶体结构及结晶晶体与液体界面的温度会高于近处液体的温度，形成负温度梯度，这时金属晶体往往以树枝状的形式长大。(三)金属晶粒的细化方法1.增大金属的过冷度图2-13　成核速率、长大速率与过冷度的关系第一节　纯金属的晶体结构及结

5、晶2.变质处理3.振动图2-14　纯铁的冷却曲线第一节　纯金属的晶体结构及结晶4.电磁搅拌(四)金属的同素异构转变第二节　合金的晶体结构及结晶①元素在固态下彼此毫无作用，在凝固后形成各自的晶体；②在固态下彼此可以溶解而形成固溶体；③彼此间发生反应而形成化合物。一、固态合金的相结构(一)固溶体1.间隙固溶体图2-15　间隙固溶体结构示意图第二节　合金的晶体结构及结晶2.置换固溶体图2-16　置换固溶体结构示意图第二节　合金的晶体结构及结晶3.固溶体的溶解度4.固溶体的性能(二)化合物图2-17　间隙固溶体晶格畸变示意图第二节　合金的晶体结构及结晶图2-18　置换固溶体晶格畸变示意图1

6、.正常价化合物第二节　合金的晶体结构及结晶2.电子化合物3.间隙化合物(1)间隙相　当非金属原子半径与金属原子半径比值小于0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相，如TiC、TiN、ZrC、VC、NbC等。(2)具有复杂结构的间隙化合物　当非金属原子半径与金属原子半径的比值大于0.59时，形成具有复杂结构的间隙化合物。图2-19　VC间隙相结构第二节　合金的晶体结构及结晶图2-20　FC的斜方晶格结构二、二元合金相图第二节　合金的晶体结构及结晶合金中的各元素相互作用，可形成一种或几种物质组成。合金的性能就是由组成合金的这些物质组成及其组合情况所决定的。为了研究合金结构

7、与性能的关系，必须了解合金的结晶过程，了解合金中各种物质组成的形成和变化规律。(一)二元合金相图的建立(1)熔配不同成分的五组Cu-Ni合金(见表2-1)，供热分析实验之用。(2)在热分析仪上分别测出每个合金的冷却曲线，找出各冷却曲线上临界点(转折点或平台)的温度。(3)画出温度-成分坐标系，在各合金成分垂线上标出临界点温度。(4)将具有相同意义的点连接成线，标明各区域内所存在的相，即得到Cu-Ni合金相图，如图2-21所示。第二节　合金的晶体结构及结晶表2-1　Cu