第五节 金属材料的晶体结构.doc

第五节 金属材料的晶体结构 一、晶体与非晶体a) 晶体是指组成原子呈规则排列。晶体：金刚石、NaCl、冰 等b) 非晶体是指组成原子无规则的堆积在一起。非晶体 ： 蜂蜡、玻璃 等。二、金属的晶体结构 1、晶格用一些假想的直线将各质点中心连接起来，形成一个空间格子，称为晶格 2、晶胞从晶格中选取一个能反映晶粒排列特点的最小几何单元称为晶胞 3、晶面 4、晶向 5、晶格常数三、常见的金属晶格的类型 1、体心立方晶格 a-Fe、Cr铬 W钨、V钼、Mo钒等等晶胞原子数 22、 面心立方晶格 g-Fe、Cu铜、Ni镍、Al铝、Au金、Ag银等晶胞原子数 43、密排六方晶格 C（石墨）、Mg镁、Zn锌等原子个数：6三、金属的实际晶体结构 1、单晶体晶体内部的原子排列方向完全一致 单晶体的各向异性 2、多晶体 晶粒（单晶体）各小晶格的排列方向不尽相同;3、晶粒;多晶体材料内部以晶界分开、晶体排列方向相同，称为晶粒;4、晶界两晶粒之间的交界称为晶界5、晶格缺陷：实际金属晶体结构与理想结构的偏离l 点缺陷：；空位、间隙原子、异类原子l 线：位错正刃型位错负刃型位错l 面：晶界与亚晶界面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。第六节 纯金属的结晶过程凝固与结晶结晶： 液体 - 晶体凝固： 液体 - 固体（晶体 或 非晶体）1、纯金属的结晶条件与结晶过程过冷度：DT= T0 - Tn冷却速度越大，则过冷度越大。2.纯金属的结晶过程形核和晶核长大的过程液态金属形核晶核长大完全结晶形核规律1）两种形核方式 均质形核与非均质形核均质形核由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心非均质形核 是依附于外来杂质上生成的晶核。2）晶核长大规律两种长大方式 平面生长 与 树枝状生长。3）晶粒大小及控制细化晶粒的方法： （1）增大过冷度 提高冷却速度和降低浇注温度 （2）变质处理：浇铸前加少量固体金属起晶核的作用。 （3）附加振动；用振动使晶核细化第七节 金属材料的同素异构转变不同的温度（或压力）下，具有不同的晶体结构图1-30纯铁的冷却曲线和同素异构转变第八节 合金的晶体结构与结构过程 一、 基本概念1.组元 组成合金的元素， 2.合金系 由不同组元按一定比例配制的一系列不同成分的合金 3.相 具有相同物理性能和化学性能，并与该系其余部分以界面分开的物质，称为相 4.组织 金属或合金内部涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状及排列状况等组织关系的构造情况 二、合金的晶体结构1.固溶体合金在固态下一种组元的晶格溶解另一种组元的原子而形成的晶体相 1） 置换固溶体 2） 间隙固溶体固溶强化：不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。 2.金属化合物合金中各组元间原子按一定整数比结合而形成的晶体相 钢中渗碳体（Fe3C）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的晶格形式。金属化合物的性能不同于任一组元，其溶点一般较高、硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。3.机械混合物由两相或两相以上组成的多相组织 三、合金的结晶过程通过凝固形成晶体结构 1、共晶反应固定的合金溶液中同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相组织 2、共析反应 自某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相的转变 1、合金结晶后一般有三种情况：第一种情况是形成单相固溶体；第二种情况是形成单相金属化合物或同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)；第三种情况是结晶开始时形成单相固溶体，剩余液体又同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)。合金的结晶冷却曲线形成单相固溶体形成单相金属化合物或析出共晶体形成机械混合物合金的结晶冷却曲线合金的结晶过程比纯金属复杂得多，但其结晶过程仍可用结晶冷却曲线来描述。一般合金的结晶冷却曲线有以下三种形式。1.形成单相固溶体的结晶冷却曲线2.形成单相金属化合物或析出共晶体的结晶冷却曲线3.形成机械混合物的冷却曲线第九节 金属材料的铸锭组织特征1、表层细晶区当金属液浇入锭模后，表层金属受到模壁的急冷作用，形成大量晶核，再加上模壁及杂质的异质形核，形成了表层的细晶区。2、柱状晶区当表层细晶区形成后，模壁温度升高，金属液冷却变慢。由于细晶区结晶潜热的释放，使细晶区前沿液体过冷度变小，形核率降低，细