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第一章金属的结构与结晶§1-1金属的晶体结构§1-2纯金属的结晶§1-3观察结晶过程(实验)第一章金属的结构与结晶§1-1金属的晶体结构§1-1金属的晶体结构一、晶体与非晶体二、金属的晶格类型三、单晶体与多晶体四、晶体的缺陷§1-1金属的晶体结构一、晶体与非晶体一、晶体与非晶体非晶体气态液态固态晶体物质存在状态结构特点一、晶体与非晶体非晶体气态液态固态晶体物质存在状态结构特点晶体和非晶体的对比项目晶体非晶体定义原子呈有序、有规则排列的物质原子呈无序、无规则堆积的物质性能特点具有规则的几何形状有一定的熔点,性能呈各向异性没有规则的几何形状没有固定的熔点,性能呈各向同性典型物质石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶晶体和非晶体的对比项目晶体非晶体定义原子呈有序、有规则排列的二、金属的晶格类型
晶格类型——金属中原子排列的规律。
晶格——为了清楚地表示晶体中原子排列的规律,将原子简化为一个质点,再用假想的线将它们连接起来,形成一个能反映原子排列规律的空间格架。
晶胞——晶格中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。晶格与晶胞二、金属的晶格类型晶格类型——金属中原子排列体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格体心立方晶格晶胞是一个立方体,原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心典型金属:钨(W)
α—Fe体心立方晶格晶胞是一个立方体,原子位于立方体的八个顶点面心立方晶格晶胞是一个立方体,原子位于立方体的八个顶点和六个面的中心。典型金属:金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)γ—Fe面心立方晶格晶胞是一个立方体,原子位于立方体的八个顶点和六个密排六方晶格晶胞是一个正六棱柱,原子除排列于柱体的每个顶点和上下两个底面的中心外,正六棱柱的中心还有三个原子。典型金属:镁(Mg)锌(Zn)密排六方晶格晶胞是一个正六棱柱,原子除排列于柱体的每个顶点和三、单晶体与多晶体
晶粒——组成金属的小晶体。
晶界——由晶粒间不规则排列的原子构成。单晶体和多晶体三、单晶体与多晶体晶粒——组成金属的小晶体。单晶体四、晶体的缺陷
晶体缺陷——由于各种原因,实际晶体中原子的规律排列受到干扰和破坏,使晶体中的某些原子偏离正常位置,造成原子排列的不完全性。常见的晶体缺陷四、晶体的缺陷晶体缺陷——由于各种原因,实际§1-2纯金属的结晶*一、纯金属的结晶过程二、晶粒大小对金属材料的影响三、同素异构转变§1-2纯金属的结晶*一、纯金属的结晶过程
结晶——金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
结晶潜热——结晶的过程中放出的热量。结晶——金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体一、纯金属的结晶过程
过冷度——理论结晶温度和实际结晶温度(T1)之间存在的温度差(△T=T0-
T1)。金属结晶时,冷却越快,其实际结晶的温度就越低,过冷度△T也就越大。结晶冷却曲线一、纯金属的结晶过程过冷度——理论结晶温度和金属的结晶过程金属的结晶过程金属的结晶过程金属的结晶过程二、晶粒大小对金属材料的影响
晶粒愈细,强度、硬度愈高,塑性、韧性也愈好。
形核率——单位时间、单位体积所形成的晶核数,用字母N表示。
二、晶粒大小对金属材料的影响晶粒愈细,强度、形核率、长大速率与过冷度的关系形核率、长大速率与过冷度的关系细化晶粒的方法(1)增加过冷度金属结晶过程中过冷度越大,晶粒越细。薄壁铸铁的晶粒较细;厚大铸件往往是粗晶,铸件外层的晶粒较细,心部则是粗晶。细化晶粒的方法(1)增加过冷度细化晶粒的方法(2)变质处理生产中最常用的细化晶粒的方法是变质处理。即在浇注前向液态金属中加入一些细小变质剂,以提高形核率。例如在钢中加入钛、硼、铝等,在铸铁中加入硅铁、钙铁等,均能起到细化晶粒的作用。细化晶粒的方法(2)变质处理细化晶粒的方法振动处理金属在结晶时,对液态金属采取机械振动,超声波振动和电磁振动等措施,使生长中的枝晶破碎而细化,而且破碎的枝晶还可以作为结晶核心,从而达到提高形核率,阻碍晶粒长大的双重目的,以细化晶粒。细化晶粒的方法振动处理三、同素异构转变
金属的同素异构转变——在固态下,金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
纯铁的冷却曲线三、同素异构转变金属的同素异构转变——在固态19世纪末,著名物理家居里在实验室里发现磁石的一个物理特性,就是当磁石加热到一定温度时,原来的磁性就会消失。后来,人们把这个温度叫
“居里点”。居里点也称居里温度或磁性转变点19世纪末,著名物理家居里在实验室里发现磁石纯铁同素异构转变示意图纯铁同素异构转变示意图§1-3观察结晶过程(实验)一、实验目的1.通过观察透明盐类的结晶过程及组织特征,理解金属的结晶理论。2.通过观察铸锭表面,建立金属晶体以树枝状形态成长的直观认识。§1-3观察结晶过程(实验)一、实验目的由于液态金属的结晶过程难以直接观察,而盐类也是晶体物质,其溶液的结晶过程和金属很相似,区别仅在于盐类是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱和而结晶,金属则主要依靠过冷,故完全可通过观察透明盐类溶液的结晶过程来了解金属的结晶过程。二、实验原理由于液态金属的结晶过
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