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1、第二章金屬的晶體結構與結晶2-1金屬的晶體結構一、金屬的特性與金屬鍵良好的導熱性和導電性有光澤、不透明較高強度、可塑性二、晶體結構的基本概念晶體結構：晶體中原子（離子或分子）在三維空間的具體排列方式。晶格：為了便于研究，用假想直線將金屬中原子的中心位置連接起來表示原子分布的幾何圖形。晶胞：代表晶格結構特征的最基本單元。晶格常數：晶胞各邊尺寸a.b.c單位：?（1?=10-8cm）晶胞各邊夾角αβγ晶面：晶體中原子排列的平面。晶向：晶體中原子排列的方向。晶面指數：用以表示晶面空間方位的符號。晶向指數：用以表示晶向空間方位的符號。晶面指數確定方法：任選一點為空間坐
2、標系原點，以晶胞三棱邊為空間坐標軸；以晶格常數為單位，求晶面截距，取倒數；將各倒數化為最小整數，加圓括號。（hkl）晶面族{hkl}晶向指數的確定方法：任選一點為空間坐標系原點，以晶胞三棱邊為空間坐標軸；過坐標原點作一直線，使其平行于待求晶向；讀出該方向任意一點的空間坐標值；化為最小整數，加方括號。[uvw]所有原子排列相同的一族晶向稱為晶向族致密度K：晶胞中原子所占體積與該晶包體積之比。對原子排列的緊密程度進行定量比較！三、金屬中常見的三種晶體結構體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格1）體心立方晶格A=b=c;α=β=γ=900晶胞內原子數n=(1
3、/8)×8+1=2密排方向：體對角線a原子半徑r=(/4)aK=0.68常見金屬：α-Fe,Cr,V,Nb,W,Mo等高熔點金屬。2）面心立方晶格A=b=c;α=β=γ=900n=(1/8)×8+(1/2)×6=4密排方向：面對角線a原子半徑r=(/4)aK=0.74常見金屬：γ-FeAu(10630),Ag(9600),Cu(9000)AL(6000),Ni,Mn3)密排六方晶格a.a夾角1200n=(1/6)×12+(1/2)×2+3=6密排方向aR=a/2K=0.74常見金屬：MgZnBe四、晶體的各向異性單晶體：原子排列具有同一位向的晶體。各向異性：在
4、單晶體中，不同晶向或晶面的原子密度和分布狀態(tài)不同，從而導致不同方向上的性能差異，這種現(xiàn)象叫各向異性。單晶體鐵的彈性模量<111>2.90×105MPa<100>1.35×105MPa單晶體鐵在磁場中沿<100>方向磁化，比沿<111>方向容易，所以制造變壓器硅鋼片時<100>方向應平行于導磁方向，以降低損耗。2-2實際金屬的晶體缺陷一、多晶體——由許多位向不同的單晶體組成的晶體。各向異性被抵消——偽等向性晶粒：多晶體中每一個單晶體。不規(guī)則顆粒狀10-1~10-3mm晶界：晶粒與晶粒之間交界處的界面。原子排列混亂疏松晶界二、晶體缺陷1）點缺陷——空位和離位原子（
5、置換原子）2）線缺陷——位錯位錯密度——單位體積中位錯線長度。位錯的存在使金屬能夠比較容易發(fā)生塑性變形。3）面缺陷——晶界、亞晶界面缺陷能提高金屬材料的強度和塑性，因此細化晶粒是改善金屬材料性能的有效途徑2-3金屬的結晶與鑄錠結晶組織性能一、概述純金屬的結晶條件T0——理論結晶溫度Tn——實際結晶溫度過冷度△T=T0-Tn熱力學定律：在恒溫條件下，只有那些引起體系自由能（即能夠對外作功的那部分能量）降低的過程才能自發(fā)進行。結晶動力△F二、純金屬的結晶過程金屬液形成晶核晶核長大形成晶體生核長大1）晶核的形成2）晶核的長大冷卻速度對金屬晶粒度的影響冷速大冷速小晶核
6、的形成自發(fā)形核非自發(fā)形核三、細化鑄態(tài)金屬晶粒的措施晶粒大小的衡量——晶粒度細晶強化：一般情況下，晶粒越小，強度硬度越高，塑性和韌性越好，工程上通過細化晶粒來提高金屬力學性能的方法叫細晶強化。增大金屬的過冷度成核速率N：——單位時間單位體積形成的晶核數。個/（m3.s）晶體長大速度G：——單位時間晶體長大的長度。M/s超高速急冷技術：將液態(tài)金屬連續(xù)留入旋轉的冷卻軋輥之間，急冷后可獲得幾毫米寬的非晶態(tài)金屬材料薄帶。非晶態(tài)金屬特點：很高的強度和韌性。高的電阻率。良好的抗磁性等。孕育處理：在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質劑，增加晶核的數量或阻礙晶核的長大。加入人工晶核晶粒
7、細化鋁合金中加入鈦、鋯；鋼水中加入鈦、釩、鋁；鐵水中加入硅鐵、硅鈣合金；鋁硅合金中加入鈉鹽振動在金屬結晶的過程中采用機械振動、超聲波振動等方法，可以破碎正在生長中的樹枝狀晶體，形成更多的結晶核心，獲得細小的晶粒。電磁攪拌將正在結晶的金屬置于一個交變的電磁場中，由于電磁感應現(xiàn)象，液態(tài)金屬會翻滾起來，沖斷正在結晶的樹枝狀晶體的枝晶，增加了結晶的核心，從而細化晶粒。四、鑄錠的組織1）鑄錠的組織1-細等軸晶區(qū)2-柱狀晶區(qū)3-粗等軸晶區(qū)2）鑄錠晶粒形狀的控制柱狀晶細密，但接觸面有非金屬夾雜或低熔點雜質，熱扎、鍛造時易開裂。熔點高、雜質多的金屬、不希望生成柱狀晶。（鐵、鎳
8、及其合金）熔點低、不含易熔雜質，塑性較
