金属的结构和结晶.pptx

先做人 再做事 Do first the person，work behind 金属的结构和结晶 一、金属的定义： -是指由单一元素构成的具有特殊光泽、延展性、导电性、导热性的物质。 如：金、银、铜、铁、锰、锌、铝、钛、镍、铬、等等都属于金属类。 （一）、金属的晶体结构： 1、晶体与非晶体 物质是由原子和分子构成，其存在状态可以分为固、液、气三种。今天主要讲的是金属的结构和结 晶。在自然界中，固态物质根据其结构特点不同可分为晶体和非晶体两种。我们看到的绝大多数物质在固 态下为晶体，只有少数为非晶体，所有的金属都是晶体。 2、晶体的定义：-原子呈有序、有规则的排列。（性能特点：1、具有规则的几何形状。2、有一定 得熔。点，性能呈各向异性。在个方向上表现出不同的性能。）如：石英、云母、食盐、硫酸铜、糖、味 精。 3、非晶体定义：-原子呈无序、无规则堆积的物质。（性能特点：没有规则的几何形状，没有固定 的熔点，性能呈各向同性。(玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等等) （二）、金属的晶格类型 1、晶格-金属的晶格类型是指金属中原子的排列规律。（为了更好的研究晶格的类型：通常我们 把原子看着是一个直径一定的小球，为了更加清楚的了解其排列规律，将其简化为一个质子。在假象将其 采用线连接起来，就形成了一个能反映原子排列的规律的空间框架，称为晶格。） 2、晶胞-晶格是由许多形状、大小相同的小几合单元重复堆积而成的。我们把其中能够完全地反 映晶体特征的最小几何单元称为晶胞。 提示： 晶胞是可以反映金属原子排列规律的最小单元，所以一般都是取出晶胞来研究金属的晶格结构的。 1 先做人 再做事 Do first the person，work behind 3、常见金属的三种晶格类型： 3.1、体心立方晶格 -晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。 3.2、面心立方晶格 -晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的中心。 3.3、密排六方晶格 -晶胞是一个正六棱柱，原子除排列于柱体的每个顶点和上下两个底面的中心外 ，正六棱柱的中心还有三个原子。 提示: 即使是相同原子构成的晶体，只要原子排列的晶格形式不同，则他们之间的性能就会 存在很大的差异。如金刚石与石墨就是典型的例子。 （三）、单晶体和多晶体 -金属是由很多大小、外形和晶格排列方向不同的小晶体组成，小晶体称为晶粒。晶 粒间交界的地方称为晶界。 知识点一：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体，单晶体的晶格排列方位完全一致， 单晶体必须人工制作，如生产半导体的单晶硅、单静锗等等。单晶体在不同方向上具 有不同性能的现象称为各向异性。 知识点二：普通金属材料都是多晶体，虽然每个晶粒具有各向异性，但由于各个晶粒 位向不同，加上晶界的作用，这就使得各个晶粒的有向性互相抵消。因而整个多晶体 呈现出无向性，即各向同性。 2 先做人 再做事 Do first the person，work behind （四）、晶体的缺陷 -实际上由于各种原因，金属原子的规律排列受到干扰破坏，使晶体中的某些 原子偏移正常的位置，我们把这种晶体中原子絮乱排列的现象称为 晶体缺陷。晶体缺 陷对金属材料的许多性能有很大的影响，特别是在金属的塑性变形及热处理过程中起 到重要的作用。 1、晶体的缺陷分为三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。 1.1、点缺陷： -间隙原子、空位原子和置代原子：晶体在三维方向上尺寸很小，不超过几个原 子直径的缺陷。常见的点缺陷有间隙原子、空位原子核置代原子易于移动。 对性能的影响：在宏观上，使材料的强度、硬度和电阻增加，同时处于缺陷处的原子 1.2、线缺陷： -晶体某一平面中呈现状分布的缺陷，它的具体形式为位错。最常见的位错为刃 位错。 对性能的影响：在位错周围，由于错排晶格产生较严重的畸形，所以内应力较大，位 错很容易在晶体中移动，位错的存在在宏观上表现为：使金属材料的塑性变得更加容 易。 1.3、面缺陷： -晶界和亚晶界：面缺陷是指在晶体的空间中分布着的较大的缺陷。常见的面缺 陷有金属晶体中的晶界和亚晶界。 对性能的影响：由于晶界处的原子排列极不规则，所造成的晶格畸变处于不稳定状态 ， 3 先做人 再做事 Do first the person，work behind 高温下晶界处极易扩散，而在常温下晶界使金属的塑性变形阻力怎大，在宏观上表 现为晶界较晶粒内部具有更高的强度和硬度，因此。晶界越多，金属材料的力学性能 越好。 二、纯金属的结晶 1、结晶的概念在实际的生产过程中，金属的凝固称为结晶。 -结晶是指金属从高温液体状态凝固为固体（晶体）状态的过程，在结晶过程中会 放出一定得热量，称为结晶潜热。 、纯金属的结晶过程： 金属的结晶必须是在低于其理论结晶温度（熔点T0）下才能进行，理论结晶温 度和实际的结晶温度（T1）之间存在的这个温差称为“过冷度”（- ）。 .、金属结晶石，过冷度的大小与冷却速度有关，冷却越快，其实际结晶的温度就越低 ，过冷度就越大。 提示： 纯金属的结晶是在恒温下进行的，结晶结束，不再有潜热放出了补充散发的热量，温 度又重新下降，直至室温。 由于树枝状晶体在金属结晶时是不透明的，所以很难看到。但在一些情况下，由于结 晶时没有得到足够的原子补充，所以其形态被保存了下来，比如：在一些纯金属的表 面，铸锭或厚大铸件的缩孔中，通常可以观察到这种结构。 、晶粒大小对金属材料的影响： 金属材料的晶粒越细，其晶界总面积越大，强度也就越高，同时由于晶粒越细，在相同体 积内的晶粒数目就越多，在同样的变形条件下，变形可分散在更多的晶粒进行，是 先做人 再做事 Do first the person，work behind 变形量的分配更均匀，因此金属不易因变形过大二断裂，使其塑性提高。 .、晶粒的大小与晶核数目和长大速度有关，形核率越高，长大的速度越慢，则结晶后 的晶粒越细小，因而在生产中一般通过提高形核率并控制晶粒长大速度的方法来细化 晶粒。铸造生产中为了得到细晶粒的铸件，常采用以下几种方法： 增加过冷度： 金属结晶过程中过冷度越大，晶粒越细。薄壁铸件的晶粒较细，厚大的铸件 往往是粗晶，铸件外层的晶粒较细，心部则是粗晶。 变质处理： 生产中最常用的细化晶粒的方法是变质处理。即在浇注前向液态金属中添加 一些细小的变质剂，以提高形核或降低长大的速度。 震动处理： 金属结晶时，对液态金属采取机械振动、超声波振动和电磁振动等措施。是 生长中的晶枝破碎细化，而且破碎的枝晶又可作为结晶核心，从而达到提高形核率、 阻碍晶粒长大的双重目的，以细化晶粒。 热处理工艺： 对于固态下晶粒粗大的金属材料，可通过热处理的方法来细化晶粒， 、同素异构的转变 .、大多数金属的晶格类型是固定比不变的，但是铁。锰，锡、钛等金属的晶格类型都 会随温度的的改变而发生变化。在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一 种晶格的现象称为金属的同素异构转变。 5 先做人 再做事 Do fi