金属的结构和组织..doc

金属的结构和组织 一 金属的晶体结构 一、金属的组成及一般特性 1.金属的组成: (1) 原子结合的特点 a.靠金属键，电子共有化； b.正、负原子与电子之间排列的具体形式没有特殊要求。 2. 金属的特性 a.良好的导电性，导热性； b.强度高； c.具有塑性； d.具有一定光泽； e.晶体特性：有规则排列；有固定熔点；各向异性。 二、纯金属的晶体结构(7大类,14种) 1.晶体的基本概念: a.晶格：利用假想直线将各阵点连接起来，使其构成三维空间格子 晶胞、晶轴和点阵矢量 晶胞 b.晶胞：晶格中最能代表原子排列规律的最小几何单元 c.晶格常数：晶胞三维方向尺寸 表示方法:用 ａ、ｂ、ｃ单位? (1 ?=10-8cm)和棱角夹角 α、β、γ 2.金属常见晶体结构 a.体心立方结构(bcc) ａ=ｂ=ｃ α=β=γ=90°每个晶胞中含有 2 个原子 b.面心立方晶格(fcc) ａ=ｂ=ｃ α =β =γ =90°每个晶胞中含有 4 个原子 c.密排六方晶格（正六棱柱）(hcp) a=b≠c,α=120°,β=γ=90,每个晶胞中有6个原子 3.晶体结构的致密度 致密度：反映晶体中原子排列的紧密程度。用原子体积与晶胞体积之比来表示.金属晶胞体积中原子所占有得体积百分数. 表示方法： K=nv/V 其中n 为晶胞原子数；v是一个原子体积；V是晶胞体积. a.体心立方 K=68% b.面心立方 K=74% c.密排六方 K=74% 4.晶面和晶向 ① 晶面：晶格中各个方位的原子层所构成的平面 ② 晶向：晶格中各种原子排列的位向。 ③ 晶面族：晶向族 二 实际金属的晶体结构 一、实际金属的多晶体结构 1.单晶体：由一个核心（称为晶核）生长而成的晶体 特征：同一位向 如金刚石、水晶单晶硅等 2.多晶体：由不同位向的小晶体所组成 特性：整体无各向异性 a.晶粒：每一个小晶体称为一个晶粒 b.晶界：晶粒与晶粒之间的晶面称为晶界；多晶体金属中，结构、成分相同但位向不同的相邻晶粒之间的界面 二、金属晶体的缺陷 1.晶体缺陷：实际晶体中原子偏离规则排列的局部区域 2.晶体缺陷的三种形式 a.点缺陷：4种类性 b.线缺陷：又称位错，是晶体中某一处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。 分刃型位错和螺型位错两类。 c.面缺陷：主要有晶界亚晶界。 晶界的许多特性都是由晶界原子排列混乱导致能量较高所造成的。 3.晶体缺陷对金属材料带来的性能影响 缺陷的存在对金属的物理性能和机械性能都有一定的影响，利用缺陷强化金属； 点缺陷：固溶强化； 线缺陷：加工硬化；面缺陷：细晶强化 三 金属晶体的形成 一、金属结晶的概念 1.结晶：由液态金属转变为固态金属的过程称凝固。 金属的凝固主要是晶核形成和晶体长大的过程，所以也称为结晶。 2.金属结晶的研究方法 热分析法得金属的冷却曲线 3.现象 T0温度：平衡结晶温度（理论结晶温度）； Tn温度：实际结晶温度； △T=T0-Tn ：过冷度 二、金属结晶的条件 1.必要条件: ① 过冷度: △T=T0-Tn 纯金属的冷却曲线 ②发过程，由结晶时的能量条件决定的 两相的自由能差值△F是两相间发生相转变的驱动力。过冷度越大，液态和固态的相的自由能差越大，即相变驱动力越大，所以凝固速度越快。 ③ 影响△T的因素（△T不是一个恒定值） a.金属本性 b.杂质。金属越纯过冷度越大 c.冷却速度 冷却速度越大，过冷度越大（滞后现象） 2.另一个条件 ： 原子扩散（基本存在的）---- 结构起伏； 与温度有关，温度升高，扩散增强 三、金属结晶的过程和规律 1.结晶过程 ① 晶核：a.自发：均匀形核 b.非自发：非均匀形核 ② 晶粒形成与长大 2.结晶的速度和结晶后晶粒的大小 ① 形核率 n ② 长大率 G 两者均与过冷度有关 3.晶粒大小（粗细）对金属性能的影响 升高 HB 升高 改善 4.控制晶粒大小的措施 ① 增大过冷度 不同型壁 大铸铁：加冷铁 ② 变质处理 增加非自发形核 ③ 振动