金属材料与热处理教学课件作者吴广河第二章.ppt

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1、第二章　金属的晶体构造与结晶第一节　金属的理想晶体结构第二节　金属晶体的实际构造第三节　纯金属的结晶过程第四节　铸锭组织返回第一节　金属的理想晶体结构一、晶体与非晶体依照内部原子聚集状态不同.工程材料分为晶体和非晶体两大类.晶体是指内部原子在空间呈规则排列的固体物.晶体材料的共同点是都有一定熔点、规则的几何外形以及各方向上力学性能不同(各向异性).相对来说.非晶体则是指内部原子作杂乱堆积的固体物.不具备上述三个特点.研究表明.一般情况下.固态金属的内部原子在空间是作规则排列的(现代超骤冷技术获得的非晶态金属除外).并具备上述三个特点.因此固态金属是晶体.金属材料外形不呈规则几何

2、外形是由别的原因造成的.这不排除它有能力形成规则的几何外形.下一页返回第一节　金属的理想晶体结构二、晶体结构的基本概念为了研究晶体.把在一定位置上作微弱热振动的正离子当成一个个静止不动的刚性小球.这些刚性小球的堆垛便表示晶体中的原子排列规则.如图２－１所示.这种刚性小球的堆垛形象性强、直观.但绘制麻烦.同时内部原子排列也不容易表达清楚.为了便于研究.再把这些刚性小球看成一个个小点.代表正离子.而用一根根短直线代表将它们结合起来的静电引力.这样晶体中原子的聚集状态便抽象为空间几何的格架.表示晶体中原子排列规律的空间几何格架叫晶格.很显然.晶格类型不同.即指晶体结构不同.上一页下一

3、页返回第一节　金属的理想晶体结构三、常见的金属晶格类型在已知的８０多种金属元素中.大部分金属的晶体结构可以归为下述三种类型.１.体心立方晶格体心立方晶格的晶胞如图２－４所示.是一个长、宽、高都相等的立方体.在立方体的８个顶角和立方体的中心各有一个原子.晶格常数ａ＝ｂ＝ｃ.其晶格常数通常只用一个常数ａ即可表示.属于体心立方晶格的金属有α－铁、铬(Ｃｒ)、钼(Ｍｏ)、钨(Ｗ)、钒(Ｖ)等.上一页下一页返回第一节　金属的理想晶体结构２.面心立方晶格面心立方晶格的晶胞如图２－５所示.也是一个长、宽、高都相等的立方体.在立方体的８个顶角和６个面的中心上各有一个原子.晶格常数ａ＝ｂ＝ｃ.属

4、于面心立方晶格的原子有γ－铁、铝(Ａｌ)、铜(Ｃｕ)、镍(Ｎｉ)、铅(Ｐｂ)等.３.密排六方晶格密排六方晶格的晶胞如图２－６所示.是一个正六方柱体.在六方体的１２个顶角和上下两个正六方形底面的中心各有一个原子.另外.在晶胞内部还有三个原子.密排六方晶胞的晶格常数通常用柱体的高度ｃ和六方底面的边长ａ来表示.上一页下一页返回第一节　金属的理想晶体结构属于密排六方晶格的金属有镁(Ｍｇ)、锌(Ｚｎ)、铍(Ｂｅ)、镉(Ｃｄ)等.应当指出.某些金属的晶体结构不是一成不变的.相反.在一定温度下.它们会从原来结构转变为另一种结构.这种现象叫金属的同素异构转变.在金属材料的使用中有重要意义.上一

5、页返回第二节　金属晶体的实际构造如果晶胞在结构上没有问题(或者说是没有缺陷存在的).由没有缺陷的晶胞整整齐齐堆积成了一个可以看见的大晶体.这种构造可以称为理想构造.这种在一定容积内只含一颗晶粒的晶体称为单晶体.如图２－７(ａ)所示.单晶体金属材料是今后金属材料的发展方向之一.目前在半导体元件、磁性材料、高温合金材料等方面.单晶体金属材料已得到开发和应用.单晶体之所以受到重视.是因为它有许多特点.上面提到的各向异性.便是其中之一.但是在目前.单晶体金属材料的制取.还相当困难.目前使用的金属材料.下一页返回第二节　金属晶体的实际构造大部分在构造上还是跟单晶体金属不同.在制取方法上还

6、是传统的.即由自然熔炼、自然凝固等方法得到的.在使用要求上.也限于满足常规内的用途.现在要讨论的.便是这类用传统方法获得的金属的实际构造.金属材料的实际构造.称为金属的实际构造.与理想构造相比.存在两大不同:一是金属实际上具有多晶体组织特征.二是金属实际上存在晶体缺陷.一、实际金属的多晶体组织特征实际的金属块是由许多外形不规则的晶体颗粒所组成(简称晶粒).这些晶粒内仍保持整齐的晶胞堆积.这种情况叫金属的多晶体组织特征.上一页下一页返回第二节　金属晶体的实际构造在多晶体中.各晶粒之间的界面叫晶界.有无晶界存在.是单晶体与多晶体的一个区别.多晶体中.各晶粒的位向有相互抵消的作用.使

7、得单晶体中的各向异性在多晶体中并不存在.这种情况叫多晶体的“伪各向同性”.二、实际金属在构造上存在的缺陷(一)结构上的缺陷结构上的缺陷有空位、间隙原子、置换原子等点状缺陷.以及刃形位错、螺形位错等线状缺陷.上一页返回第三节　纯金属的结晶过程一、纯金属的结晶过程及规律金属的结晶是金属原子组合状态从一种转变为另一种的过程.即新结构的形成过程.纯金属的结晶过程.通常用冷却曲线图和结晶过程示意图来表示.纯金属的冷却曲线图可用热分析方法绘制.其内容是:先将金属熔化并测出其熔点Ｔ０.记在摄氏温度与时间关