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金属材料与热处理;第一章：金属的结构与结晶 §1-1金属的晶体结构★学习目的：了解金属的晶体结构。★重点：有关金属结构的基本概念： 晶面、晶向、晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见的类型。★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。;§2-1金属的晶体结构;2、晶面和晶向 晶面：点阵中的结点所构成的平面。 晶向：点阵中的结点所组成的直线。 由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。 （阵点（结点）：把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。点阵：阵点（或结点）在空间的排列方式称晶体。 ; ;★金属晶格的类型 1、是指金属中原子排列的规律。 2、体心立方晶格：体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子。 属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe ;3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面上还各有一个原子。 属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等 ;4、密排六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。 属于这种晶格的金属有铍（Be）、Mg、Zn、 镉（Cd）等。 ;三、单晶体与多晶体 1、晶粒：金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶体组成的，小晶体称为晶粒。 2、晶界：晶粒间交界的地方称为晶界。 3、单晶体：只由一个晶粒组成的晶体。（晶格排列方位完全一致。必须人工制作，如单晶硅。） 4、多晶体：整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的。（普通金属材料都是多晶体） 四、晶体的缺陷 1、晶体缺陷：晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。 1）空位、间隙原子和置代原子 晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。 ;2）位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的位错 局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。 （ 线缺陷） ;3）晶界和亚晶界 ;【小结】学生总结本次课的内容 【作业】P11/1、2、3;§1-1纯金属的结晶;教学过程。;3）金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。 （冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。） 2、纯金属的结晶过程 1） 在一定过冷度的条件下，金属液通过晶核形成 、晶核长大来完成其结晶过程。 二、晶粒大小对金属材料的影响 （一般室温下，细晶粒金属具有较高的强度和韧性。） 1、金属晶粒大小取决于结晶时的形核率 、长大速度。细化晶粒，则要形核率越高、长大速度越慢。 2、常用的细化晶粒的方法： A、增加过冷度 B、变质处理 C、振动处理。 三、同素异构转变 1、金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变。 ;2、具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母α，β，γ，δ等表示。 3、纯铁的同素异构转变： 1394℃ 912℃ δ-Fe → γ- Fe → α – Fe 体心 面心 体心 ;4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。 其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转变中有体积的变化，会产生较大内应力。 【小结】 【作业】P11 4、5、6;§2-2金属的力学性能;教学过程： 复习 载荷可分为：静载荷、冲击载荷、交变载荷。 内力、应力的概念。 新课： ★力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。 力学性能包括：强度、硬度、塑性、硬度、冲击韧性。 一、强度： ① 概念：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。强度的大小用应力来表示。 ② 根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。 一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。 1、拉伸试样：拉伸试样的形状一般有圆形和矩形。 Do：直径 Lo：标距长度 长试样：Lo=10do 短试样：Lo=5do ;力-伸长曲线： 如下图，以低碳钢为例 纵坐标表示力F，单位N；横坐标表示伸长量△L，单位为mm。 （1）oe：弹性变形阶段： 试样变形完全是弹性的，这种随载荷的存在