第二章金属晶体与结晶课件

教学要求：1.了解金属的晶体结构。2、掌握常见金属晶格类型。3、了解晶体缺陷重点：常见晶格类型、细化晶粒的方法教学要求：1天然水晶和普通玻璃a）天然水晶b）普通玻璃

第一节金属的晶体结构表面上看来，天然水晶与普通玻璃均晶莹剔透，外观十分相似。但事实上两者却是截然不同的物质。水晶与玻璃的本质区别是两者的内部结构不同。天然水晶和普通玻璃第一节金属的晶体结构2一、晶体与非晶体非晶体——物质内部的原子呈无序堆积。晶体——物质内部的原子呈有序、规则排列。

第一节金属的晶体结构固态物质根据其结构的不同可分为晶体和非晶体。晶体具有固定熔点，而非晶体没有固定熔点。晶体表现各向异性，非晶体表现出各向同性。一、晶体与非晶体非晶体——物质内部的原子呈无序堆积。晶体——3二、金属的晶体结构1．晶体结构的概念晶体内部原子排列模型晶格和晶胞示意图a）晶格b）晶胞二、金属的晶体结构1．晶体结构的概念晶体内部原子排列模型晶格42．金属晶格的类型常见金属晶格的类型金属的性能与其晶格类型和原子间的结合力有着密切的关系。2．金属晶格的类型常见金属晶格的类型金属的性能与5三、单晶体与多晶体单晶体——晶体内部原子的排列位向是完全一致的晶体。多晶体——由许多晶粒组成的晶体。单晶体示意图多晶体示意图单晶体表现出各向异性，多晶体显示出各向同性，也称“伪无向性”。三、单晶体与多晶体单晶体——晶体内部原子的排列位向是完全一致6四、金属的晶体缺陷1.点缺陷——空位、间隙原子和置代原子空位、间隙原子和置代原子示意图无论是空位、间隙原子还是置代原子，在其周围都会使晶格产生变形，这种现象称为晶格畸变。上述三种晶体缺陷造成的晶格畸变区仅限于缺陷原子周围的较小区域，故统称为点缺陷。四、金属的晶体缺陷1.点缺陷——空位、间隙原子和置代原子72．线缺陷——位错刃型位错示意图a）立体图b）平面图位错的特点之一是很容易在晶体中移动，金属材料的塑性变形就是通过位错的运动来实现的。在晶体中，位错的晶格畸变发生在沿半原子面端面的狭长区域，故称为线缺陷。2．线缺陷——位错刃型位错示意图位错的83．面缺陷——晶界和亚晶界晶界过渡结构示意图亚晶界结构示意图晶界——晶粒与晶粒之间的分界面。亚晶界——亚晶粒之间的界面。在晶体中，晶界和亚晶界的晶格畸变均发生在一个曲面上，故称为面缺陷。3．面缺陷——晶界和亚晶界晶界过渡结构示意图亚晶界结构示意图9教学要求：1.掌握纯金属的结晶过程2、掌握纯铁的同素异构转变重点：纯铁的同素异构转变第二节纯金属的结晶教学要求：第二节纯金属的结晶10

第二节纯金属的结晶转炉炼钢生铁的生产是以铁矿石为原料，首先利用炼铁设备冶炼成液体状态的生铁，然后再将其转变成固体状态；而钢的生产是以生铁为原料，在炼钢炉内继续冶炼，首先得到液体状态的钢，然后再将其浇铸成固体状态的钢锭或钢坯。金属由液体转变成固体的过程，实际上是一个金属晶体形成的过程，称之为“结晶”。第二节纯金属的结晶转炉炼钢生铁的生产是以11钢锭浇铸示意图

a）浇铸示意图b）钢锭

1—盛钢桶2—滑动水口3—钢锭模4—钢液5—底盘金属由原子不规则排列的液体转变为原子规律排列的固体的过程称为结晶。钢锭浇铸示意图12一、纯金属结晶的相关概念与过程1.纯金属的冷却曲线及过冷度热分析法装置示意图1—电炉2—坩埚3—金属液4—热电偶纯金属的冷却曲线一、纯金属结晶的相关概念与过程1.纯金属的冷却曲线及过冷度13纯金属结晶时的冷却曲线a）理论结晶温度b）实际结晶温度金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷。它们的温度之差称为过冷度。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。纯金属结晶时的冷却曲线金属的实际结142.纯金属的结晶过程纯金属结晶过程示意图结晶的过程是晶核的形成与长大的过程。2.纯金属的结晶过程纯金属结晶过程示意图结晶的过程是晶核的15纯金属显微组织图纯金属显微组织图16二、金属结晶后的晶粒大小对力学性能的影响晶粒大小对纯铁力学性能的影响在常温下，金属的晶粒越细小，其强度、硬度越高，塑性、韧性越好。二、金属结晶后的晶粒大小对力学性能的影响晶粒大小对纯铁力学性17三、同素异构转变

同素异构转变——金属在固态下随温度的改变由一种转变为另一种晶格的现象。以不同晶格形式存在的同一种金属元素的晶体称为该金属的同素异构体。铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。纯铁的同素异构转变可以用下式表示：三、同素异构转变同素异构转变——金属在固态下随18纯铁的冷却曲线

γ-Fe到α-Fe的同素异构转变过程示