04第四章金属的晶体结构和结晶.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 金属的晶体结构和结晶,The Crystal structures and,crytalization,of metals,4,1,金属的晶体结构,一、晶体,晶体与非晶体,定义：,内部原子呈周期性有规则排列的物质，称为晶体,.,。与之对应的其它物质为非晶体。,晶体的特点：,具有固定的熔点：如纯,Fe,熔点为,1538,；具有各向异性：在各个方向都不相同（多晶体除外）；内部原子按一定规律排列,(,最大特点,),；,（二）晶体结构的抽象研究方法,晶格,定义：用以描述原子在晶体中排列规律的空间格子叫做,“,晶格,”,。也称为“空间点阵”。,晶胞,定义：构成晶格的最基本的单元，称为,晶胞,。,晶格常数：晶胞各边的尺寸称为晶格常数。,单位,A(1A=10,-8,cm),晶面,晶格中各个方位的原子面称为晶面。,表示晶面的符号称为晶面指数。,晶向,晶格中各个方向上的原子列称为晶向。沿不同晶向，原子排列不同，造成各向异性。表示晶向的符号称为晶向指数。,二、常见的晶体结构,(,金属晶格,),1.,体心立方晶格,一个晶胞中的原子数：,81/8+1=2,（个）,具有这种晶格的金属有,:,室温下的,Fe,(,-,Fe,),、,Cr,、,W,、,Mo,、,V,等。,2.,面心立方晶格,一个晶胞中的原子数,:81/8+61/2=4,（个）,具有这种晶格的金属有,:,高温,(912,1394,）下的,F,(,-,Fe),、,Cu,、,Al,、,Ag,、,Ni,等。,.,密排六方晶格,正六棱柱体，上、下个正六方底面，两个底面之间有个原子及两个底面的中心各有一个原子。,一个晶胞中的原子数：,61/62+21/2,3,6,（个）,具有这种晶格的金属有：,Mg,、,Zn,、,Cd,等。,定义：,固态金属在不同温度或压力下，具有不同晶格的现象，称为同素异构现象。,即相同的元素，不同的结构。,三、金属的同素,异构转变（重点）,固体下金属在外界条件改变时，由一种晶体结构（晶格）转变成另一种晶体结构（晶格）的现象，称为同素异构转变。,同素异构转变的意义,由于同素异构现象，使金属在不同温度下具,有不同的性能；,由于不同的晶体结构，致密度不同，在同素,异构转变时，有体积的变化；,钢、铸铁的成份绝大部份是铁，所以钢、铸,铁也会发生同素异构转变。,四、实际金属的晶体结构,（一）多晶体与单晶体,1,晶粒：,一般金属是由许多颗粒组成的，这些颗粒称为,晶粒,，晶粒的尺寸比较小，直径一般在,0.1,0.01mm,有时也很大，如镀锌板（白铁皮）的晶粒就很大。,单晶体,：只有一个晶粒组成的晶体,(,人工方法培殖,),；由多个（无数）晶粒组成的晶体称为,多晶体。,2,晶界,两个晶粒之间的过渡区称为,晶界,。,（二）晶体缺陷,按缺陷的几何形状分为三类：,1.,点缺陷：,三维尺寸都很小。,空位；,间隙原子；,异类原子（分为杂质和合金化原子）。,两种存在方法：,一种是成为间隙原子；另一种是成为置换原子。,后果：晶格畸变，机械、理化等性能变化。,2.,线缺陷（位错）,定义：晶体的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象，称为位错,。,位错的基本形式：刃型位错；螺型位错,位错密度,加工,硬化,态,退火态,强度,s,理论值,位错是金属强化的重要原因。,3.,面缺陷,如晶界。在晶界上，晶格畸变，常有杂质存在，熔点、耐蚀性都比晶粒内部低。,4,金属的结晶,一、结晶中的基本概念,结晶：金属由液态凝固成固态晶体的过程，称为。理论结晶温度,实际结晶温度：金属实际的结晶,T,n,总是小于,T,o,，,T,n,这个温度称为。,过冷：液态金属冷却到理论结晶温度以下的某个温度才开始结晶的现象，称为过冷。,过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差，称为。,过冷是结晶的必要条件。冷却速度越大，过冷度越大。,晶体,非晶体,T,o,T,t,T,T,n,T,o,F,T,F,s,F,F,L,二、结晶的能量条件,引入自由能,F,作为描述结晶过程的能量参数。,F,，,F,与,T,有关。,三、结晶的过程,结晶的基本规律：实际上包含了两个过程：,形核和长大。,晶核：液体中最先出现的作为结晶核心的微小晶体，称为。,晶核的形成,1.,自发成核,:,条件：液态金属很纯净（没有杂质）；,有足够大的过冷度。,2.,非自发成核,:,需要的能量低，过冷度小。,条件：液态金属中存在未溶的固体质点：,杂质或有意加入；,固体晶格的类型与金属的晶格类,型相近。,晶核的长大,长大包含两个方面：即长大方式（对组织有很大影响）和长大速度。,长大方式 ：,长大速度：,取决于，大，则,长大。,四、晶粒度及其控制方法,定义：晶粒的大小，称为。,晶粒度与金属机械性能的关系,晶粒越小，机械性能（强度，塑性，韧性等）好，越细越好。,强韧化处理的途径之一就是细化晶粒。,N,N,G,G,过冷度,影响晶粒度的因素,晶粒的大小取决两个方面：形核率（成核数,/(mm,3,秒,),）和长大速度（,mm/s,）,的影响,非自发成核的影响（变质处理）,在浇注时，向液态金属中加入一定量的变质剂或孕育剂以形成大量的人工晶核，均匀分布，从而细化晶粒的方法，称为变质处理（,孕育处理,）。,应用：铸造缸套时加,Si,Fe,、,Si,Ca,；,浇注铝活塞时加,NaCl,常用的。,振动。,4,铸锭和焊缝的组织,一、铸锭的组织,表面细晶粒层；,柱状晶粒层；,中心等轴晶粒层。,结论：,铸锭组织不均匀，,晶粒粗大，“内在,质量不均匀”,。,二、铸锭的组织,1.,组织特点：,结晶组织方面；,化学成分：偏析（比重偏析、晶内偏析）。,物理方面：缺陷、缩孔、气孔等，导致组织,致密度下降。,2.,改善组织的方法：,设法提高内在质量的均匀性。,不能消除,只能减小；一般通过控制结晶过程来,控制晶粒大小，方法见前述。,三、焊缝的组织,小结与思考题,解释：晶体、晶格、晶胞、晶粒、晶界、单晶体、多晶体、过冷、过冷度、位错、同素异构转变、变质（孕育）处理。,常见的晶体结构有哪几种？,3,实际金属常存有哪些缺陷？对金属的机械性能有哪些影响？,4,液体金属发生结晶的必要条件是什么？用哪些方法可以获得细晶粒？依据是什么？,5,晶体结晶的规律是什么？,6,铸锭的组织有哪几层组成？有何特点？,7,画出立方晶格的（,211,）,及,221,。,