第一章(1.2)金属的晶体结构与结晶.ppt

§1.2 金属的晶体结构与结晶 晶体的基本概念 金属晶体的缺陷： 1、点缺陷——晶格空位和间隙原子 在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。 第三节 纯金属的结晶与铸锭 凝固与结晶的基本概念 冷却曲线和过冷现象 金属的结晶过程 晶粒大小对金属力学性能的影响 金属的铸态组织 一、 凝固与结晶的基本概念 热 分 析 法 三、金属的结晶过程 晶核的长大方式—树枝状 细化晶粒的途径 五、金属的铸态组织 第四节 合金的相结构 一、固溶体 二、金属间化合物 第五节 二元合金相图 （1）A、B两点是纯铜、纯镍都有一个平台，结晶在恒温下进行（一个临界点） （2）中间的四条曲线都有两个转折点结晶是在一个温度区间进行 （两个临界点）。 （3）将各临界点描绘在温度－成分坐标系中得到图（b）。 三、共晶相图： 1、相图分析 （1）共晶点 C点－－ α相＋β相 （2）共晶线 ECF线－－ LC→αE+ ΒF (3)固溶体脱溶线 α固溶体或β固溶体随着温度的下降，溶解度也不断的下降。图中ES线表达了α固溶体脱溶的变化规律，FG线表达了β固溶体的变化规律。ES、FG线称为固溶体脱溶线。 α固溶体脱溶产物是β相，称为二次β相（β1） β固溶体脱溶产物是α相，称为二次α相（α1） 2、结晶过程分析： （1）共晶成分的合金 C点成分的合金是具有共晶成分的合金。在冷却过程中经过C点时发生共晶反应，生成共晶体。 L→ (α+β) (2)亚共晶成分的合金 E、C点之间成分的合金，称为亚共晶合金。如图合金Ⅱ，在冷却过程中经过1点时结晶出α1相；经过2点时，剩余液相发生共晶反应生成共晶体；继续冷却α1相还会脱溶出βⅡ相。 (3)过共晶成分的合金 C、F点之间成分的合金，称为过共晶合金。如图合金Ⅲ，在冷却过程中经过1点时结晶出β1相；经过2点，剩余液相发生共晶反应生成共晶体；在继续冷却β1相脱溶出αⅡ相，最终组织为β1＋αⅡ ＋(α+β)。 L→L+ β1 → β1 ＋(α+β) → β1＋αⅡ ＋(α+β) （4）无共晶反应的合金 E点左侧和F点右侧的合金在冷却过程中不会发生共晶反应。如图合金Ⅳ冷却至1点时结晶出α1 相,经过2点时全部转变为α1 相,经过3点时,开始脱溶出βⅡ相,即 L→L+α1→ α1 → α1＋ βⅡ 四、具有共析反应的相图 五、合金力学性能与相图的关系 过冷度的影响 N G 晶粒越细 1）提高冷却速度，增加过冷度 V冷 △T N 晶粒细小 2）进行变质处理 3）附加振动：机械振动 超声波振动 电磁搅拌等。 表面细晶层力学性能虽好，但由于该层很薄，故对整个铸锭的性能影响不大。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。但柱状晶组织的交界面常聚集易溶杂质.中心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。 纯金属具有良好的导电导热性，但机械性能差，故工业上广泛应用的是合金材料。 例如： Fe: σb=250MPa C: σb =0 Fe-C合金(0.45%C) 正火态: σb =610MPa 性能 工艺 相 材料 组织 加热、保温、冷却 组织: 是指用肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形 状、尺寸、分布和各相之间的组合状态。 合金：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。 相: 是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子 聚集状态，并以界面相互分开的、均匀的组成部分。 组元: 组成合金的最基本独立单元。 纯金属 合金 结晶过程：液固两相共存 结晶过程：液固两相共存 熔点以上：液相 熔点以上：液相 结晶完毕：单一固相 结晶完毕： 组元发生相互作用 化合物 组元彼此均匀溶解 固溶体 固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。 （一）定义： 一种组元的原子溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。 根据溶质原子在溶剂晶格种所处位置不同分