金属工艺学项目教学 模块二金属的结构与结晶

1、模块二模块二 金属的结构与结晶金属的结构与结晶 教学目的要求：教学目的要求： 1. 1.了解晶体与非晶体晶格、晶胞、晶格常数的意了解晶体与非晶体晶格、晶胞、晶格常数的意义。义。 2.2.熟悉三种常见的金属晶格类型。熟悉三种常见的金属晶格类型。 3.3.了解多晶体结构及晶格缺陷。了解多晶体结构及晶格缺陷。 4.4.了解结晶基本过程及晶粒大小的控制。了解结晶基本过程及晶粒大小的控制。 教学重点、难点教学重点、难点 基本概念、晶体结晶过程、常见金属晶格类型。基本概念、晶体结晶过程、常见金属晶格类型。项目一项目一 金属的晶体结构金属的晶体结构基本概念基本概念凝固：凝固：一般非晶体由液态向固态转变的过程

2、一般非晶体由液态向固态转变的过程 。结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。晶体：晶体： 原子排列时有序的，原子在三维空间做原子排列时有序的，原子在三维空间做规则的、周期性的、重复排列。有一定的熔点规则的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和凝固点，性能趋向各向异性。和凝固点，性能趋向各向异性。非晶体非晶体: : 原子排列杂乱无章呈无序状态，没原子排列杂乱无章呈无序状态，没 有有一定的熔点和凝固点，性能趋向一定的熔点和凝固点，性能趋向 各向同性。各向同性。晶体中的原子排列晶体中的原子排列三种常见的金属的晶格类型：三种常见的金属的晶格类型： 体心立方体心立方 面

3、心立方面心立方 密排六方密排六方项目二项目二 金属的实际结构和晶体缺陷金属的实际结构和晶体缺陷 活动一活动一 多晶体结构多晶体结构 为了适应两晶粒间不同晶格位向的过渡，该处为了适应两晶粒间不同晶格位向的过渡，该处的原子排列总是不规则的。这种实际上由多晶粒的原子排列总是不规则的。这种实际上由多晶粒组成的晶体叫多晶体。组成的晶体叫多晶体。 活动二活动二 晶格缺陷晶格缺陷 1. 1.点缺陷点缺陷 最常见的是最常见的是“晶格空位晶格空位”和和“间隙原间隙原子子”。 2.2.线缺陷线缺陷 是晶格中的是晶格中的“位错线位错线”。 3.3.面缺陷面缺陷 即晶界和亚晶界。即晶界和亚晶界。项目三项目三 纯金属的

4、结晶纯金属的结晶纯金属的冷却曲线（理想状态）纯金属的冷却曲线（理想状态）CT L ab S0a：结晶开始点结晶开始点 b：结晶终了点：结晶终了点活动一活动一 金属结晶的基本规律金属结晶的基本规律纯金属的冷却曲线（实际）纯金属的冷却曲线（实际）C LT0T1S0T0T0：理论结晶温度：理论结晶温度T1T1：实际结晶温度：实际结晶温度 T=T0-T1T=T0-T1（过冷度）（过冷度）结晶的必要条件结晶的必要条件-过冷度过冷度金属的结晶过程：金属的结晶过程： 原子团原子团 形核形核 晶核长大晶核长大 小晶粒小晶粒 晶粒（外形不规则的晶粒（外形不规则的小晶体）小晶体）形核：形核：自身晶核、外来晶核自身

5、晶核、外来晶核晶核长大方式：晶核长大方式：树枝状方树枝状方 式式晶界晶界晶粒间的分界面；晶粒间的分界面；单晶体单晶体结晶方位完全一致的的晶体结晶方位完全一致的的晶体多晶体多晶体由多晶粒组成的晶体结构由多晶粒组成的晶体结构活动二活动二 晶核的形成与长大晶核的形成与长大 活动三活动三 金属凝固后晶粒大小及控制金属凝固后晶粒大小及控制 细细化晶粒的方法细细化晶粒的方法增增1. 1.加冷却速度，增大过冷度；加冷却速度，增大过冷度；变变2.2.质处理（孕育处理）：在液态金属中质处理（孕育处理）：在液态金属中，加入一些细小的金属粉末，加入一些细小的金属粉末 采采3.3.用机械、超声波振动、电磁搅拌等；用机械、超声波振动、电磁搅拌等；晶粒粗细对材料力学性能的影响晶粒粗细对材料力学性能的影响 晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。 教学建议：教学建议： 本章概念、名词术语多，应重视基本术本章概念、名词术语多，应重视基本术语的学习，加深理解和分析各概念之间的语的学习，加深理解和分析各概念之间的区别和联系。要逐步认识金属的晶体结