第二章 金属的晶体结构与结晶ppt课件.ppt

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1、第二章金属的晶体结构与结晶姜波不同的金属具有不同的力学性能，主要是由于材料内部具有不同的成分、组织和结构。第一节金属的晶体结构一、晶体与非晶体晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。金属的结构晶态非晶态Si2O的结构二、晶体结构的基本知识1.晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（即原子中心）称结点。由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。2.晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元.

2、晶体晶格晶胞示意图3.晶格常数晶胞个边的尺寸a、b、c。各棱间的夹角用、、表示。4、原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。5、晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。6、致密度：晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。二、常见金属的晶格类型1.体心立方晶格原子个数：2致密度：0.68常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等晶格常数：a(a=b=c)原子半径：原子个数：4致密度：0.74常见金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb等晶格常数：a2.面心立方晶格原子个数：6致密度：0.74常见金属：

3、Mg、Zn、Be、Cd等晶格常数：底面边长a和高c，c/a=1.6333.密排六方晶格四、实际金属的晶体结构1、单晶体和多晶体单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。多晶体：由许多单晶体组成的整体。晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。变形金属晶粒尺寸约1~100m，铸造金属可达几mm。晶界：晶粒之间的交界面。晶粒越细小，晶界面积越大。2、晶体中的缺陷晶格的不完整部位称晶体缺陷。光学金相显示的纯铁晶界实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类：⑴点缺陷①空位：晶

4、格中某些缺排原子的空结点。②间隙原子：挤进晶格间隙中的原子称间隙原子。间隙原子可以是基体金属原子，也可以是外来原子。面心立方的四面体和八面体间隙体心立方的四面体和八面体间隙③置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而强度、硬度提高，塑性、韧性下降。空位间隙原子小置换原子大置换原子刃型位错螺型位错⑵线缺陷—晶体中的位错位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。有刃型位错和螺型位错两种类型。刃型位错：当

5、一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ㅗ”表示。半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ㅜ”表示。⑶面缺陷—晶界与亚晶界晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个原子间距，位向差一般为20~40°。亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小（10’~2°)的小晶块。亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。晶界的特点：①原子排列不规则。②熔点低。③耐蚀性差。④易产生内吸附，外来原子易在晶界偏聚。⑤阻碍位错运动，

6、是强化部位，因而实际使用的金属力求获得细晶粒。⑥是相变的优先形核部位。第二节纯金属的结晶物质由液态转变为固态的过程称为凝固。物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是相变过程。一、纯金属的冷却曲线和过冷现象1、冷却曲线与过冷度金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度T1。曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的。纯金属的冷却曲线纯金属都有一个理论结晶温度T0(熔点或平衡结晶温度)。在该温度下,液体和晶体处于动平衡状态。结晶

7、只有在T0以下的实际结晶温度下才能进行。液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差T称过冷度。T=T0–T1过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成。液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0以下，经一段时间后（即孕育期），一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。金属的结晶过程界面自由能体积自由能晶胚晶核rrcΔG*自由能变化ΔG晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，

8、直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。晶核的形成有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。非均匀形核更为普遍。晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。实际金属的结晶主要以树枝状长大。三.晶粒大小对力学性能的影响表示晶粒大小的尺度