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和熔點，非晶體沒有；晶體具有各向異性，非晶體各向同性等。簡單總結(jié)：原子作有序排列；有固定的熔點；各向異性。原子作無序排列；沒有固定的熔點；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1）晶格：把每個原子看成一個點（結(jié)點），把這些點用直線連接起來，所形成一個空間格子。2）晶胞：能代表整個晶格中原子排列規(guī)律的最小單元。3）晶格常數(shù)：晶胞中各棱邊的長度(及夾角)。簡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表示。4）晶面：通過原子中心的平面5）晶向：通過原子中心的直線所指的方向3、常見的金屬晶格類型1）體心立方晶格:a=b=c，?=?=?=90°常見金屬：?-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，稱為晶體缺陷。（1）點缺陷晶體中的點缺陷－空位；－間隙原子；－置換原子點缺陷示意圖（2）線缺陷：在晶體中，有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象，即位錯。金屬的位錯密度為104~1012/cm2晶體中位錯示意圖透射電鏡觀察鈦合金中的位錯線高分辨率電

4、鏡觀察刃位錯（白點為原子）（3）面缺陷：表面、界面晶界是不同位向晶粒的過度部位，寬度為5~10個原子間距。晶界的過渡層結(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。晶粒—外形不規(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)晶體的過程。2）純金屬的冷卻曲線To時間溫度理論冷卻曲線實際冷卻曲線T1結(jié)

5、晶平臺(是由結(jié)晶潛熱導致)過冷現(xiàn)象過冷是結(jié)晶的必要條件。過冷度ΔT=T0–T12、純金屬的結(jié)晶過程：純金屬結(jié)晶過程示意圖液態(tài)金屬→溫度降至熔點附近→自發(fā)形核→核心長大→液態(tài)金屬消失?；具^程：形核，長大，即晶核的生成和晶核的長大。3、金屬結(jié)晶后晶粒的大小對金屬力學性能的影響一般來說，晶粒愈細，晶界愈多，晶格排列方向犬牙交錯，相互咬合，增強金屬結(jié)合力，因此金屬的強度和硬度愈高，同時塑性和韌性也愈好。細化晶粒的途徑1）增加過冷度：冷卻速度愈大，過冷度愈大，形核數(shù)量愈多，晶粒愈細。2）變質(zhì)處理：在實際生產(chǎn)中，通過向金屬液中加入某些物質(zhì)（稱為變質(zhì)

6、劑），在金屬液中形成大量分散的人工的非自發(fā)晶核，從而獲得細小的鑄造晶粒，這種處理方法稱為變質(zhì)處理。3）振動：對正在結(jié)晶的金屬施以機械振動、超聲波振動和電磁振動，均可使樹枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒細化。4、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(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型的過程，稱為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。4）熱處理：5）壓力加工：因為鋼鐵發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,因而可以對鋼鐵進行熱處理.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、能獨立存在的物質(zhì)。如化學元素、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的均勻組成部分。相與相之間有明顯的界面。合金中常見的相有：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，才能置換，可形成無限固溶體：

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。固溶體的兩種類型(a)置換固溶體(b)間隙固溶體（3）固溶體的力學性能不論形成置