纯金属与合金的晶体结构与结晶课件.ppt

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1、第二节纯金属及其合金的晶体结构与结晶一、纯金属的晶体结构1、晶体与非晶体：固体物质按其原子排列的特征，可分为晶体和非晶体。非晶体的原子作不规则的排列，如松香、玻璃、沥青等。晶体的原子则按一定次序作有规则的排列，如金刚石、石墨及固态金属和合金。性能差异：晶体具有一定的凝固点和熔点，非晶体没有；晶体具有各向异性，非晶体各向同性等。简单总结：原子作有序排列；有固定的熔点；各向异性。原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。晶体：非晶体：固态的金属和合金都是晶体。晶格—原子排列形成的空间格子晶胞—组成晶格最基本的单元晶格常数：a、b、c单位：埃晶

2、体晶格晶胞2、晶体结构的基础知识1）晶格：把每个原子看成一个点（结点），把这些点用直线连接起来，所形成一个空间格子。2）晶胞：能代表整个晶格中原子排列规律的最小单元。3）晶格常数：晶胞中各棱边的长度(及夹角)。简单立方晶格与晶胞示意图：(a)晶体中原子排列(b)晶格(c)晶胞简单立方晶格与晶胞示意图原子在晶格中的位置关系可以用晶面和晶向来表示。4）晶面：通过原子中心的平面5）晶向：通过原子中心的直线所指的方向3、常见的金属晶格类型1）体心立方晶格:a=b=c，===90°常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等体心立方晶胞模型

3、；晶胞；晶胞原子数2）面心立方晶格:常见金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等面心立方晶胞模型；晶胞；晶胞原子数3）密排六方晶格:常见金属：Mg、Zn、Be、Cd等密排六方晶胞模型；晶胞；晶胞原子数4、金属的实际晶体结构1）晶体缺陷：金属晶体中，原子排列或多或少地存在偏离理想结构的区域，称为晶体缺陷。（1）点缺陷晶体中的点缺陷－空位；－间隙原子；－置换原子点缺陷示意图（2）线缺陷：在晶体中，有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，即位错。金属的位错密度为104~1012/cm2晶体中位错示意图透射电镜观察钛合金中的位错线高分辨率电

4、镜观察刃位错（白点为原子）（3）面缺陷：表面、界面晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个原子间距。晶界的过渡层结构示意图面缺陷示意图面缺陷:孪晶（双晶）2）多晶体结构单晶体-晶体内部的晶格方位完全一致。晶粒—外形不规则而内部晶格方位一致的小晶体。晶界—晶粒之间的界面。多晶体—许多晶粒组成的晶体结构。工业上使用的金属都是：由许多小晶体（晶粒）组成的多晶体。多晶体的晶粒和晶界示意图二、金属的结晶过程和同素异构转变1纯金属的结晶：1）结晶的概念：液态金属转变为固态晶体的过程。2）纯金属的冷却曲线To时间温度理论冷却曲线实际冷却曲线T1结

5、晶平台(是由结晶潜热导致)过冷现象过冷是结晶的必要条件。过冷度ΔT=T0–T12、纯金属的结晶过程：纯金属结晶过程示意图液态金属→温度降至熔点附近→自发形核→核心长大→液态金属消失。基本过程：形核，长大，即晶核的生成和晶核的长大。3、金属结晶后晶粒的大小对金属力学性能的影响一般来说，晶粒愈细，晶界愈多，晶格排列方向犬牙交错，相互咬合，增强金属结合力，因此金属的强度和硬度愈高，同时塑性和韧性也愈好。细化晶粒的途径1）增加过冷度：冷却速度愈大，过冷度愈大，形核数量愈多，晶粒愈细。2）变质处理：在实际生产中，通过向金属液中加入某些物质（称为变质

6、剂），在金属液中形成大量分散的人工的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，这种处理方法称为变质处理。3）振动：对正在结晶的金属施以机械振动、超声波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒细化。4、金属的同素异构转变一种金属能以几种晶格类型存在的性质，叫做同素异构性，如Fe,Co,Ti等。固态金属随温度不同而改变其晶格类型的过程，称为金属的同素异构转变。4）热处理：5）压力加工：因为钢铁发生同素异构转变,因而可以对钢铁进行热处理.铁的同素异构转变三、合金的晶体（相）结构1合金的基本概念1）合金：由两种或两种以上的

7、金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。2）组元：指组成合金的最基本的、能独立存在的物质。如化学元素、金属化合物。3）合金系：指有相同组元，而成分比例不同的一系列合金。4）相：在金属或合金中，具有相同成分且晶格结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。相与相之间有明显的界面。合金中常见的相有：液相、纯金属、固溶体和金属化合物等。2合金组织1）固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的晶体。（1）置换固溶体：溶质原子替代溶剂原子的某些位置，所形成的固溶体。*溶质原子与溶剂原子直径相差不大时，才能置换，可形成无限固溶体：

8、（2）间隙固溶体：溶质原子嵌入溶剂晶格的空隙中形成固溶体。溶质原子小，与溶剂原子直径比为〈0.59。溶解度有限。固溶体的两种类型(a)置换固溶体(b)间隙固溶体（3）固溶体的力学性能不论形成置