04第四章金属的晶体结构和结晶ppt课件

第四章金属的晶体结构和结晶TheCrystalstructuresandcrytalizationofmetals 4 1金属的晶体结构 一 晶体 晶体与非晶体 定义 内部原子呈周期性有规则排列的物质 称为晶体 与之对应的其它物质为非晶体 晶体的特点 具有固定的熔点 如纯Fe熔点为1538 具有各向异性 在各个方向都不相同 多晶体除外 内部原子按一定规律排列 最大特点 二 晶体结构的抽象研究方法 晶格定义 用以描述原子在晶体中排列规律的空间格子叫做 晶格 也称为 空间点阵 晶胞定义 构成晶格的最基本的单元 称为晶胞 晶格常数 晶胞各边的尺寸称为晶格常数 单位A 1A 10 8cm 晶面晶格中各个方位的原子面称为晶面 表示晶面的符号称为晶面指数 晶向晶格中各个方向上的原子列称为晶向 沿不同晶向 原子排列不同 造成各向异性 表示晶向的符号称为晶向指数 二 常见的晶体结构 金属晶格 1 体心立方晶格一个晶胞中的原子数 8 1 8 1 2 个 具有这种晶格的金属有 室温下的Fe Fe Cr W Mo V等 2 面心立方晶格一个晶胞中的原子数 8 1 8 6 1 2 4 个 具有这种晶格的金属有 高温 912 1394 下的F Fe Cu Al Ag Ni等 密排六方晶格正六棱柱体 上 下 个正六方底面 两个底面之间有 个原子及两个底面的中心各有一个原子 一个晶胞中的原子数 6 1 6 2 2 1 2 3 6 个 具有这种晶格的金属有 Mg Zn Cd等 定义 固态金属在不同温度或压力下 具有不同晶格的现象 称为同素异构现象 即相同的元素 不同的结构 三 金属的同素异构转变 重点 固体下金属在外界条件改变时 由一种晶体结构 晶格 转变成另一种晶体结构 晶格 的现象 称为同素异构转变 同素异构转变的意义 由于同素异构现象 使金属在不同温度下具有不同的性能 由于不同的晶体结构 致密度不同 在同素异构转变时 有体积的变化 钢 铸铁的成份绝大部份是铁 所以钢 铸铁也会发生同素异构转变 四 实际金属的晶体结构 一 多晶体与单晶体1 晶粒 一般金属是由许多颗粒组成的 这些颗粒称为晶粒 晶粒的尺寸比较小 直径一般在0 1 0 01mm 有时也很大 如镀锌板 白铁皮 的晶粒就很大 单晶体 只有一个晶粒组成的晶体 人工方法培殖 由多个 无数 晶粒组成的晶体称为多晶体 2 晶界两个晶粒之间的过渡区称为晶界 二 晶体缺陷按缺陷的几何形状分为三类 1 点缺陷 三维尺寸都很小 空位 间隙原子 异类原子 分为杂质和合金化原子 两种存在方法 一种是成为间隙原子 另一种是成为置换原子 后果 晶格畸变 机械 理化等性能变化 2 线缺陷 位错 定义 晶体的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象 称为位错 位错的基本形式 刃型位错 螺型位错 位错密度 加工硬化态 退火态 强度 s 理论值 位错是金属强化的重要原因 3 面缺陷如晶界 在晶界上 晶格畸变 常有杂质存在 熔点 耐蚀性都比晶粒内部低 4 金属的结晶 一 结晶中的基本概念结晶 金属由液态凝固成固态晶体的过程 称为 理论结晶温度实际结晶温度 金属实际的结晶Tn总是小于To Tn这个温度称为 过冷 液态金属冷却到理论结晶温度以下的某个温度才开始结晶的现象 称为过冷 过冷度 理论结晶温度与实际结晶温度的差 称为 过冷是结晶的必要条件 冷却速度越大 过冷度越大 二 结晶的能量条件 引入自由能F作为描述结晶过程的能量参数 F F与 T有关 三 结晶的过程 结晶的基本规律 实际上包含了两个过程 形核和长大 晶核 液体中最先出现的作为结晶核心的微小晶体 称为 晶核的形成1 自发成核 条件 液态金属很纯净 没有杂质 有足够大的过冷度 2 非自发成核 需要的能量低 过冷度小 条件 液态金属中存在未溶的固体质点 杂质或有意加入 固体晶格的类型与金属的晶格类型相近 晶核的长大长大包含两个方面 即长大方式 对组织有很大影响 和长大速度 长大方式 长大速度 取决于 大 则 长大 四 晶粒度及其控制方法定义 晶粒的大小 称为 晶粒度与金属机械性能的关系晶粒越小 机械性能 强度 塑性 韧性等 好 越细越好 强韧化处理的途径之一就是细化晶粒 影响晶粒度的因素晶粒的大小取决两个方面 形核率 成核数 mm3 秒 和长大速度 mm s 的影响 非自发成核的影响 变质处理 在浇注时 向液态金属中加入一定量的变质剂或孕育剂以形成大量的人工晶核 均匀分布 从而细化晶粒的方法 称为变质处理 孕育处理 应用 铸造缸套时加Si Fe Si Ca 浇注铝活塞时加NaCl常用的 振动 4 铸锭和焊缝的组织 一 铸锭的组织 表面细晶粒层 柱状晶粒层 中心等轴晶粒层 结论 铸锭组织不均匀 晶粒粗大 内在质量不均匀 二 铸锭的组织1 组织特点 结晶组织方面 化学成分 偏析 比重偏析 晶内偏析 物理方面 缺陷 缩孔 气孔等 导致组织致密度下降 2 改善组织的方法 设法提高内在质量的均匀性 不能消除 只能减小 一般通过控制结晶过程来控制晶粒大小 方法见前述 三 焊缝的组织 小结与思考题 解释 晶体 晶格 晶胞 晶粒 晶界 单晶体 多晶体 过冷 过冷度 位错 同素异构转变 变质 孕育 处理 常见的晶体结构有哪几种 3 实