金属的结晶构造和结晶过程课件.ppt

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1、第二节金属的结晶构造和结晶过程金属与合金的晶体构造及其结晶过程基本概念金属：合金：由一种金属元素所组成。如Cu，Al，Mg，Zn由一种金属元素为主，加入其他金属（或非金属）元素所组成，例Fe＋C→铁碳合金(钢、铸铁)Cu＋Zn→铜锌合金(黄铜)1第一节金属的晶体结构一、晶体与非晶体1、晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。有固定熔点。2、非晶体：原子在三维空间内不规则排列。长程无序，各向同性。无固定熔点。3、在自然界中除少数物质（如普通玻璃、松香、石蜡等）是非晶体外，绝大多数都是晶体，如金属、合金、硅酸盐，大多数无机化合物和有机化合物

2、，甚至植物纤维都是晶体。金属晶体模型二、晶格、晶胞、晶格常数名词术语晶体非晶体晶格晶胞晶格常数原子呈有序排列原子呈无序排列描述原子排列规律的空间格子组成晶格的最基本单元晶胞的棱边长度将晶体中原子排列，假想成空间的几何格架二、晶格、晶胞、晶格常数二、晶格、晶胞、晶格常数晶胞：空间点阵中能代表原子排列规律的最小的几何单元称之为晶胞，是构成空间点阵的最基本单元。晶胞表示方法三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。二、晶格、晶胞、晶格常数晶面：晶格中原子所构成的平面。晶向：原子所构成的方向。三、金属中常见的三种晶格类型常见金属晶格类型体心立方晶格Mn，Mo，

3、W，Cr，V，α－Fe，δ－Fe等体心立方晶格体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中心,角上八个原子与中心原子紧靠。体心立方晶胞特征：晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90°体心立方晶格原子个数每个晶胞实际占有的原子个数。（分析时要认真考虑每个原子的空间状况）在体心立方晶胞中,每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个晶胞仅为1/8,而中心的那个原子则完全属于这个晶胞。所以一个体心立方晶胞所含的原子数为2个。体心立方晶格原子半径晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。体心立方晶胞中原子相距最近的方

4、向是体对角线,所以原子半径与晶格常数a之间的关系为：体心立方晶格致密度晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数)。致密度越大,原子排列紧密程度越大。体心立方晶胞的致密度为：晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据,其余为空隙。面心立方晶格面心立方晶格Cu，Ag，Pb，Ni，γ－Fe等面心立方晶格金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。面心立方晶胞的特征：晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90°面心立方晶格原子个数4原子半径致密度0.74（74%）密排六方晶格密排六方晶格Mg，Zn，B

5、e，Cd等密排六方晶格十二个金属原子分布在六方体的十二个角上,在上下底面的中心各分布一个原子,上下底面之间均匀分布三个原子。密排六方晶胞的特征：晶格常数：用底面正六边形的边长a和两底面之间的距离c来表达,两相邻侧面之间的夹角为120°,侧面与底面之间的夹角为90°。密排六方晶格原子个数6原子半径致密度0.74（74%）R=a/2第二节金属的结晶一、金属的冷却曲线和过冷现象金属的结晶冷却曲线（热分析法）（液态金属转变为固态金属的过程）一、金属的冷却曲线和过冷现象Tm是理论结晶温度T1是实际结晶温度T1不变T1

6、属结晶冷却曲线二、金属的结晶过程形核和长大自发形核非自发形核呈树枝状特点在一定时间内完成过程：局部整体实质：形核＋长大二、金属的结晶过程晶核长大—沿着有利于散热的方向按树枝状方式生长。晶核—在理论结晶温度以下，液态中某些原子小集团自发地聚集成为结晶核心。术语二、金属的结晶过程晶粒大小及其控制细晶强化的基本原理↑v形核，↓v长大细晶强化的方法--增大过冷度∆T(中、小型零件)↑形核率，↓v长大--变质处理↑形核率--震动、搅拌结晶↓v长大，↑形核率金属晶粒愈细小，力学性能愈好！三、金属的同素异晶转变金属在固态下随温度不同而发生晶格类型的转变特点：转变发生于固

7、态在一定温度下进行晶格类型发生变化形核＋长大局部整体1538℃L(体心)912℃(体心)1394℃(面心)α－Feγ－Feδ－Fe三、金属的同素异晶转变纯铁的同素异构转变曲线三、金属的同素异晶转变金属的同素异晶有一定的转变温度并放出结晶潜热。金属的同素异晶转变具有较大的过冷倾向。金属的同素异晶转变往往伴随着体积的变化，因而容易在金属中引起较大的内应力。金属的同素异晶转变为其热处理提供基础，钢能够进行多种热处理就是因为铁能够在固态下发生同素异晶转变。四、实际金属的晶体结构单晶体与多晶体四、实际金属的晶体结构如果晶体中所有原子排列位向一致，这个晶体称为单晶体，也

8、就是说单晶体是由一个晶粒组成的。单晶体只有通过特殊的