第二章金属的力学性能

1、第二章：金属的结构与结晶 2-1金属的晶体结构学习目的：了解金属的晶体结构。重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见的类型。难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。2-1金属的晶体结构一、晶体与非晶体1、晶体：晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。（晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结果。）原子在空间呈规则排列的固体物质称为原子在空间呈规则排列的固体物质称为“晶晶体体”。2、 非晶体：非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松香、树脂等）。非晶体的原子则是

2、无规律、无次序地堆积在一起的。非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。二、晶体结构的概念1、晶格和晶胞晶格和晶胞晶格：晶格：把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。晶胞：晶胞：构成晶格的最基本单元。2、晶格常数晶格常数a （） 晶胞的棱边长度称为晶格常数。3、晶面和晶向、晶面和晶向晶面：晶面：点阵中的结点所构成的平面。晶向：晶向：点阵中的结点所组成的直线。由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。（阵点（结点）：把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。点阵：阵点（或结点）在空间的排列方式称晶体。 晶体晶体 晶格晶格 晶胞晶胞

3、 晶面晶面 晶向晶向晶体规则排列示意图晶体规则排列示意图三、三、金属晶格的类型金属晶格的类型 指金属中原子排列的规律。1、体心立方晶格：体心立方晶格：体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子。（实际上每个体心立方晶胞中仅包含有2个原子）属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及-铁-Fe2、面心立方晶格：面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面上还各有一个原子。（实际上每个体心立方晶胞中仅包含有4个原子） 属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（Fe）等3、密排六方晶格：密排六方晶格：由12个原子构成的简

4、单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。 （实际上每个体心立方晶胞中仅包含有6个原子）四、晶体的缺陷四、晶体的缺陷1、晶体缺陷：晶体缺陷：晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。1）空位、间隙原子和置代原子 晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷点缺陷。2）位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的位错局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。 （ 线缺陷）线缺陷）3）晶界和亚晶界【小结】【作业】2-2纯金属的结晶学习目的：学习目的：掌握金属结晶的概念，纯金属冷却曲线、及过冷度。掌握纯金属的结晶过程。熟悉掌握晶粒大小对金属力学性能的

5、影响及常用细化晶粒的方法。同素异构转变的概论，掌握铁的同素异构转变式。教学重点与难点：细化晶粒的方法及晶粒大小对力学性能的影响是教学的难点。纯金属冷却曲线及过冷度是教学重点。教学过程。复习旧课：复习旧课：1、晶体结构的概念。2、常见的三种金属晶格类型。3、晶体的缺陷。导入新课：金属由原子不规则排列的液体金属由原子不规则排列的液体转变为原子规则排列的固体的转变为原子规则排列的固体的过程称为结晶。过程称为结晶。一一、纯金属的冷却曲线及过冷度。、纯金属的冷却曲线及过冷度。1）金属的结晶必须在低于其理论结晶温度（熔点To )下才能进行。2）理论结晶温度和实际结晶温度之差称这“过冷度”（T=To-T1）

6、。3）金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。（冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。）（冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。）二二、纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程在一定过冷度的条件下，金属液通过晶核形成 、晶核长大来完成其结晶过程。三、单晶体与多晶体三、单晶体与多晶体1、晶粒：晶粒：金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶体组成的，小晶体称为晶粒。2、晶界：晶界：晶粒间交界的地方称为晶界。3、单晶体：单晶体：只由一个晶粒组成的晶体。（晶格排列方位完全一致。必须人工制作，如单晶硅。）4、多晶体：多晶体：整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的。

7、（普通金属材料都是多晶体）四四、晶粒大小对金属材料的影响、晶粒大小对金属材料的影响（一般室温下，细晶粒金属具有较高的强度和韧性。）（一般室温下，细晶粒金属具有较高的强度和韧性。）1、金属晶粒大小取决于结晶时的形核率 、长大速度。细化晶粒，则要形核率越高、长大速度越慢。2、常用的细化晶粒的方法：A、增加过冷度 B、变质处理 C、振动处理。2-3 2-3 金属的同素异构转变金属的同素异构转变同素异构转变同素异构转变1、金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变。2、具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母，等表示。3、纯铁的同素异构转变： 1394 912-Fe - Fe Fe-Fe - Fe Fe 体心体心 面心面心 体心体心4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。 其与液态金属结晶有许多相