工程材料与机械制造基础第三章要点.ppt

3.3 金属的结晶 有些金属在固态下存在两种或两种以上的晶格形式，如铁、钴、钛等，这类金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生变化。金属在固态下随着温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。 在金属晶体中，铁的同素异晶转变最为典型，也是最重要的。纯铁的冷却曲线如右图所示。 ?-Fe、?-Fe、? -Fe是铁在不同温度下的同素异构体。? -Fe和?-Fe都是体心立方晶格，分别存在于熔点1538 ℃至1394℃之间及912℃以下。?-Fe是面心立方晶格，存在于1394℃~912℃之间。 金属的铸锭组织 1)表面细等轴晶层力学性能虽好，但由于该层很薄，故对整个铸锭的性能影响不大。2)柱状晶区比较致密，对于塑性较好的非铁金属，希望得到较大的柱状晶区。另外柱状晶沿其长度方向的强度较高，所以对于那些主要承受单向载荷的机械零件，常采用定向凝固法获得柱状晶组织。3)中心粗等轴晶区的性能没有方向性，但该晶区结晶时易形成很多微小的缩孔（缩松），这种疏松的组织致使力学性能降低 3.3 金属的结晶 作业：P19 3-2—3-7，3-9 * 第三章 金属的晶体结构与结晶 3.1 金属的晶体结构 3.2 实际金属的结构 3.3 金属的结晶 本章的重点：1、三种常见的晶体结构及其基本性能。2、实际金属的晶体缺陷及其对性能的影响。3、结晶条件、结晶过程及细化晶粒的基本方法。难点：结晶机理。 3.1 金属的晶体结构 晶体：原子在空间呈长程有序排列的固态物质。如：固态金属、金刚石、硅酸盐 非晶体：原子或分子无规则的堆积在一起的固态物质。如：玻璃、松香、沥青 3.1.1 晶体概念 晶体的特征 1、原子在空间呈长程有序排列； 2、是各向异性的； 3、有固定的熔点； 4、有特定的几何外形。 金属键 金属键的基本特点是电子共有化。 在金属原子相互紧密接近时，由于原子间的相互作用，金属原子的价电子便从各个原子中脱离出来，为整个金属所共用，形成“电子云”。金属正离子与自由电子间的静电作用，使金属原子结合起来，形成金属晶体，这种结合方式称为金属键 3.1 金属的晶体结构 3.1 金属的晶体结构 为了便于研究晶体内部原子排列的规律，把每个原子看成是固定不动的刚性小球，并用一些几何线条将晶格中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。 从晶格中，选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞 晶胞的形状和大小 可用晶胞的棱边长度a、b、c(晶格常数）和棱面夹角α、β、γ来表示。 晶格就是有许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。 3.1 金属的晶体结构 3.1 金属的晶体结构 3.1.2 常见的金属晶格 (1)体心立方晶格（bcc晶格） a）其晶胞形状为立方体 b）原子分布在立方晶体的各个结点及中心 c）a=b=c，?=?=?=90? d）每个体心立方晶胞中仅包含2个原子 属于这类金属的有：á -Fe、Mn、Cr、V、W、Mo等 3.1 金属的晶体结构 (2)面心立方晶格（fcc晶格） a）其晶胞为立方体 b）原子分布在立方体的各个结点及各面的中心处 c） a=b=c，?=?=?=90? d）每个晶胞中含有4个原子 具有面心立方晶格的金属：γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb等。 3.1 金属的晶体结构 (3)密排六方晶格（hcp晶格） a）其晶胞形状为六方柱体 b）原子分布在各个结点及上下两个正六方面的中心，另外在六方柱体中心还有三个原子 c）每个晶胞中含有6个原子 属于这类金属的有：Mg、Zn、 á -Ti等。 3.1 金属的晶体结构 体心立方 面心立方 密排六方 晶胞中的原子数算法 3.1 金属的晶体结构 3.1.3 晶体结构的致密度 原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半 体心立方 面心立方 密排六方 3.1 金属的晶体结构 配位数：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数 致密度：晶胞中原子所占的体积分数 配位数与致密度定量的表示了原子排列的紧密程度 面心立方配位数为12 体心立方配位数为8 3.1 金属的晶体结构 3.1 金属的晶体结构 密排六方配位数为12 其中 c 3.1 金属的晶体结构 在三种常见的晶体结构中，原子排列最致密的是面心立方晶格和密排六方晶格，而体心立方晶格要差些。 三种常见金属晶格的结构特点 3.2.1 单晶体和多晶体 单晶体:晶体材料内部原子规律排列，位向不发生改变的晶体。 多晶体:由许多晶格位向不同的小晶体构成的晶体结构，称为多晶体。 每个小晶体称