材料的结构域凝固试题.ppt

材料的结构与凝固 ;讨 论 ;NaCl的晶体结构及矿物;萤石（CaF2）的晶体结构;金刚石 ? 石墨 ? 碳60 ;伟大的非洲之星 ;黄铁矿 （硫化铁）; 机械工程材料的微观结构是决定其性能的最根本性因素。;你是否可以列举生活中的晶体呢？;1．晶体与非晶体 晶体： 材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。 非晶体： 材料的原子（离子、分子）无规则堆积，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”。 ;晶体与非晶体的区别 ;2.晶体结构的描述 ;b. 理想晶体的晶体学抽象： 空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成单元）;晶体的本质 ; 晶体的基本性质和外形规律特征的根本原因在于它内部的空间格子构造，在理想晶体中，其内部质点均按照格子构造规律排列。 平行六面体是空间格子的最小单位，整个晶体结构可视为平行六面体（即晶胞）在三维空间平行的、毫无间隙的重复堆砌而成。;晶格与晶胞 晶格：描述晶体排列规律的空间格架。 晶胞：从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元。 晶格常数：晶胞各棱边的尺寸。 ;;二、实际金属的晶体结构; 单晶体存在各向异性，但实际的金属材料为什么并不表现出这一现象呢？ ;2.晶体缺陷 晶格的不完整部位称晶体缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类，即点、线、面缺陷。;(1) 点缺陷 空间三维尺寸都很小的缺陷。;点缺陷破坏了原子的平衡状态，引起周围晶格产生畸变，阻碍原子的移动，必需施加更大的外力，从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。;位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。 刃型位错、螺型位错;刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。;位错上半部分原子受压，下半部分原子受拉。离位错线越近晶格畸变越大，应力越大。;螺型位错：晶体右前边的点相对于左边的距点向下错动一个原子间距，即右边前部相对于左部晶面发生错动。若将错动区的原子用线连接起来，则具有螺旋型特征。这种线缺陷称螺型位错。 ;强度;透射电镜下钛合金中的位错线(黑线);（3）面缺陷 （一维尺度很小，而二维尺度较大的原子 错排区域）;a. 晶界：多晶体中不同位向晶粒间的交界。 小角度晶界是由相距一定距离的刃型位错组成。大角度晶界原子排列紊乱，具有非晶态特征。;b.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。晶粒内的亚晶粒又叫晶块（或嵌镶块）。 尺寸比晶粒小 ２～３个数量级。亚晶粒的结构如果不考虑点缺陷，可以认为是理想的。亚晶粒之间的位向差只有几秒、几分，最多达 １°～２°。 亚晶粒之间的边界叫亚晶界。亚晶界是位错规则排列的结构。 ;三、 合金的晶体结构; 固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。 金属化合物 合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相称之为金属化合物。;1.固溶体 ; 例： C 固溶于α－Fe中形成间隙固溶体 ┗ 铁素体 C 固溶于γ－Fe中形成间隙固溶体 ┗ 奥氏体; ** 按固溶度分类 （1）有限固溶体——溶质原子在固溶体中的浓度有一定的限度，超过这个限度就不再溶解，这个限度称为固溶度。 （2）无限固溶体——溶质原子能以任意比例溶入溶剂，固溶度可达到100%。; 固溶体的结构特点 (1) 保持着溶剂的晶格类型； (2) 晶格发生畸变 ;固溶体的性能 （1）固溶体强硬度高于组成它的纯金属，塑韧性低于组成它的纯金属; （2）物理性能方面，随着溶质原子的↑，固溶体的电阻率↑，电阻温度系数↓，导热性↓。; 固溶体中随着溶质原子的加入，强度、硬度升高，塑性、韧性降低的现象 ┗ 固溶强化 ——金属材料的主要强化手段或途径之一 例如：南京长江大桥采用廉价的16Mn，其中含1.2%~1.6%Mn，抗拉强度较相同碳含量的普通碳素钢提高60％；;**固溶强化的特点： (1) 溶质与溶剂原子相差越大，溶质原子浓度越高，所引起的晶格畸变越大，固溶强化效果越大； (2) 间隙原子的强化效果比置换原子的大。因为间隙原子引起的点阵畸变大。 （3）综合机械性能好。适当控制溶质含