純金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶課件.ppt

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1、第二節(jié)純金屬及其合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、晶體與非晶體：固體物質(zhì)按其原子排列的特征，可分為晶體和非晶體。非晶體的原子作不規(guī)則的排列，如松香、玻璃、瀝青等。晶體的原子則按一定次序作有規(guī)則的排列，如金剛石、石墨及固態(tài)金屬和合金。性能差異：晶體具有一定的凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有；晶體具有各向異性，非晶體各向同性等。簡(jiǎn)單總結(jié)：原子作有序排列；有固定的熔點(diǎn)；各向異性。原子作無(wú)序排列；沒(méi)有固定的熔點(diǎn)；各向同性。晶體：非晶體：固態(tài)的金屬和合金都是晶體。晶格—原子排列形成的空間格子晶胞—組成晶格最基本的單元晶格常數(shù)：a、b、c單位：埃晶

2、體晶格晶胞2、晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)1）晶格：把每個(gè)原子看成一個(gè)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)），把這些點(diǎn)用直線(xiàn)連接起來(lái)，所形成一個(gè)空間格子。2）晶胞：能代表整個(gè)晶格中原子排列規(guī)律的最小單元。3）晶格常數(shù)：晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度(及夾角)。簡(jiǎn)單立方晶格與晶胞示意圖：(a)晶體中原子排列(b)晶格(c)晶胞簡(jiǎn)單立方晶格與晶胞示意圖原子在晶格中的位置關(guān)系可以用晶面和晶向來(lái)表示。4）晶面：通過(guò)原子中心的平面5）晶向：通過(guò)原子中心的直線(xiàn)所指的方向3、常見(jiàn)的金屬晶格類(lèi)型1）體心立方晶格:a=b=c，?=?=?=90°常見(jiàn)金屬：?-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等體心立方晶胞模型

3、；晶胞；晶胞原子數(shù)2）面心立方晶格:常見(jiàn)金屬：?-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等面心立方晶胞模型；晶胞；晶胞原子數(shù)3）密排六方晶格:常見(jiàn)金屬：Mg、Zn、Be、Cd等密排六方晶胞模型；晶胞；晶胞原子數(shù)4、金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)1）晶體缺陷：金屬晶體中，原子排列或多或少地存在偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域，稱(chēng)為晶體缺陷。（1）點(diǎn)缺陷晶體中的點(diǎn)缺陷－空位；－間隙原子；－置換原子點(diǎn)缺陷示意圖（2）線(xiàn)缺陷：在晶體中，有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象，即位錯(cuò)。金屬的位錯(cuò)密度為104~1012/cm2晶體中位錯(cuò)示意圖透射電鏡觀察鈦合金中的位錯(cuò)線(xiàn)高分辨率電

4、鏡觀察刃位錯(cuò)（白點(diǎn)為原子）（3）面缺陷：表面、界面晶界是不同位向晶粒的過(guò)度部位，寬度為5~10個(gè)原子間距。晶界的過(guò)渡層結(jié)構(gòu)示意圖面缺陷示意圖面缺陷:孿晶（雙晶）2）多晶體結(jié)構(gòu)單晶體-晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致。晶?！庑尾灰?guī)則而內(nèi)部晶格方位一致的小晶體。晶界—晶粒之間的界面。多晶體—許多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。工業(yè)上使用的金屬都是：由許多小晶體（晶粒）組成的多晶體。多晶體的晶粒和晶界示意圖二、金屬的結(jié)晶過(guò)程和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1純金屬的結(jié)晶：1）結(jié)晶的概念：液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過(guò)程。2）純金屬的冷卻曲線(xiàn)To時(shí)間溫度理論冷卻曲線(xiàn)實(shí)際冷卻曲線(xiàn)T1結(jié)

5、晶平臺(tái)(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件。過(guò)冷度ΔT=T0–T12、純金屬的結(jié)晶過(guò)程：純金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖液態(tài)金屬→溫度降至熔點(diǎn)附近→自發(fā)形核→核心長(zhǎng)大→液態(tài)金屬消失。基本過(guò)程：形核，長(zhǎng)大，即晶核的生成和晶核的長(zhǎng)大。3、金屬結(jié)晶后晶粒的大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響一般來(lái)說(shuō)，晶粒愈細(xì)，晶界愈多，晶格排列方向犬牙交錯(cuò)，相互咬合，增強(qiáng)金屬結(jié)合力，因此金屬的強(qiáng)度和硬度愈高，同時(shí)塑性和韌性也愈好。細(xì)化晶粒的途徑1）增加過(guò)冷度：冷卻速度愈大，過(guò)冷度愈大，形核數(shù)量愈多，晶粒愈細(xì)。2）變質(zhì)處理：在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)向金屬液中加入某些物質(zhì)（稱(chēng)為變質(zhì)

6、劑），在金屬液中形成大量分散的人工的非自發(fā)晶核，從而獲得細(xì)小的鑄造晶粒，這種處理方法稱(chēng)為變質(zhì)處理。3）振動(dòng)：對(duì)正在結(jié)晶的金屬施以機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)和電磁振動(dòng)，均可使樹(shù)枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒細(xì)化。4、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一種金屬能以幾種晶格類(lèi)型存在的性質(zhì)，叫做同素異構(gòu)性，如Fe,Co,Ti等。固態(tài)金屬隨溫度不同而改變其晶格類(lèi)型的過(guò)程，稱(chēng)為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。4）熱處理：5）壓力加工：因?yàn)殇撹F發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,因而可以對(duì)鋼鐵進(jìn)行熱處理.鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?nèi)⒑辖鸬木w（相）結(jié)構(gòu)1合金的基本概念1）合金：由兩種或兩種以上的

7、金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì)。2）組元：指組成合金的最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。如化學(xué)元素、金屬化合物。3）合金系：指有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。4）相：在金屬或合金中，具有相同成分且晶格結(jié)構(gòu)相同，并與其他部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。相與相之間有明顯的界面。合金中常見(jiàn)的相有：液相、純金屬、固溶體和金屬化合物等。2合金組織1）固溶體：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類(lèi)型的晶體。（1）置換固溶體：溶質(zhì)原子替代溶劑原子的某些位置，所形成的固溶體。*溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑相差不大時(shí)，才能置換，可形成無(wú)限固溶體：

8、（2）間隙固溶體：溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格的空隙中形成固溶體。溶質(zhì)原子小，與溶劑原子直徑比為〈0.59。溶解度有限。固溶體的兩種類(lèi)型(a)置換固溶體(b)間隙固溶體（3）固溶體的力學(xué)性能不論形成置