金属学的基础.ppt

吉华 晶格、晶胞 晶体是由原子(正离子)在空间按一定几何形式规则排列的，所有固体金属都是晶体 金属的结构特点: 金属正离子游弋在自由电子的海洋 晶格的由来 [1] 晶格、晶胞 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。这种格架称为晶格 能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞 体心立方 面心立方 密排六方 晶胞的描述 晶胞尺寸：晶格常数表示 实际原子数 原子半径：晶胞中距离最近的两个原子之间的距离的一半 致密程度：晶格中原子所占的体积 配位数：晶格中与任一原子处于等距离且相距最近的原子数目 致密度：晶胞中全部原子的体积占晶胞总体积的百分比 体心立方 晶胞特征 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90° 晶胞原子数：2个 原子半径： 致密度：68% 配位数：8 面心立方 晶胞特征 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90° 晶胞原子数：4个 原子半径： 致密度：74% 配位数：12 密排六方 晶胞特征 晶格常数：a、c表达；120°90° 晶胞原子数：6个 原子半径： 1/2 致密度：74% 配位数：12 晶面、晶向、各相同性 晶向: 通过原子中心的直线为原子列，它所代表的方向称为晶向 晶面: 通过晶格中原子中心的平面称为晶面 各向异性: 晶体在不同方向上性能不同的现象 晶体的缺陷 点缺陷 ? 空位 间隙原子 线缺陷 ? 正刃形位错 负刃形位错 面缺陷 ? 晶界 亚晶界 晶体缺陷与强化 点缺陷 三维尺度上都很小, 不超过几个原子直径的缺陷 空位：晶体晶格中, 若某结点上没有原子 间隙原子：位于晶格间隙之中的原子 线缺陷 两维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷 位错（线缺陷）：晶体中原子平面的错动引起 正刃型：半原子面在上 负刃型：半原子面在下 面缺陷 二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷 晶界：晶粒与晶粒之间的接触界面 亚晶界：亚晶粒之间的边界 晶界 金属由大量外形不规则的小晶体（晶粒）组成的，为多晶体 每个晶粒基本上可视为单晶体所有晶粒的结构完全相同, 但彼此之间的位向不同 晶界在空中呈网状；晶界上原子的排列规则性较差 亚晶界 晶粒也不是完全理想的晶体，而是由许多位向相差很小的所谓亚晶粒组成的 亚晶粒之间的边界叫亚晶界 亚晶界是晶粒内的一种面缺陷 亚晶界是位错规则排列的结构 例如，亚晶界可由位错垂直排列成位错墙而构成 晶体缺陷与强化 破坏了晶体的完整性，使晶格畸变、能量增高、金属的晶体性质发生偏差 降低金属的耐腐蚀性能 金属强度随缺陷增多而迅速下降，当缺陷增多到一定数量，又随缺陷增多而迅速上升 增加缺陷来提高强度，如淬火 金属的结晶 金属从一种原子排列状态转变为另一种原子规则排列状态（晶态）的过程均为结晶过程 一次结晶：金属从液态转变为固体晶态的过程 二次结晶：金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程 金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结晶 纯金属的结晶 纯金属结晶的条件 纯金属结晶过程 形核 均质形核 异质形核? 长大 平面长大? 树枝状长大 金属钢锭的组织和结构 金属钢锭的组织和结构 镇静钢锭和沸腾钢锭的组织和缺陷 缩孔：金属结晶时，先结晶区域的体积收缩能够得到金属液的补充，后凝固结晶的部分地不到补充就会形成缩孔 疏松：处于早期结晶包围的金属液体在凝固结晶时得不到母液的补充，便会形成微小和分散的缩孔 偏析：早期结晶部位与后期结晶部位的化学成分不同造成宏观区域性成分不均匀 气泡：金属液体凝固时，来不及逸出的气体保留在金属固体中，形成气泡 细化铸态金属晶粒的措施 一般情况下, 晶粒越小, 则金属的强度, 塑性和韧性越好，工程上使晶粒细化提高金属机械性能的方法称为细晶强化 增大金属的过冷度 采用金属型铸模 超高速急冷技术 变质处理：在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织 振动 电磁搅拌 不同晶粒大小纯铁的机械性能 1.3 金属的塑性变形与再结晶 金属塑性变形对组织和性能的影响 塑性变形 晶粒内部原子产生滑移、变形和破碎现象；晶粒间也产生滑移、变形和转动 外力停止，变形不会消失 弹性变形 金属内部原子之间的位置发生改变而造成的 外力停止后，原子可以回到原来位置，变形消失 单晶体的塑性变形 主要形式有滑移和孪生 滑移 是晶体在切应力的作用下, 晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动 ? 多晶体的塑性变形 原子排列不规则，缺陷和杂质集中，阻碍滑移，使变形抗力增大 各晶粒位向不同，相互制约 晶粒越细，强度和塑性越高? 塑性变形对金属组织和性能的影响 塑性变形对金属的影响 纤维组织 亚结构形成 形变织构产生 金属塑性变形到很大程度(70%以上)时,