机械制造基础第二章第一节.ppt

晶体：指原子呈规则排列的固体。 常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有 各向异性。 非晶体：原子呈无序排列的固体。 一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 晶胞是一个立方体，立方体的八个顶角 和立方体中心各有一个原子。 实际金属的晶体结构 单晶体：内部晶格方位完全一致的晶体。 多晶体:由许多小晶体组成的晶体 晶粒：实际使用的金属材料由许多彼此方位 不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶 体称为晶粒。 (三)晶体缺陷 晶体中原子规律排列受到破坏的某些 区域，称为晶体缺陷。 1.点缺陷 空间三维尺寸都很小的缺陷 空位：晶格中某些缺排原子的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基 体金属原子，也可以是外来原子。 金属中存在的间隙原子主要是杂质间隙原子 置换原子：取代原来原子位置的外来原子 空位和间隙原子引起的晶格畸变 2.线缺陷 二维尺度很小，第三维尺度很大的缺 陷，即晶体中的位错 位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶 体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移 区的交界线称作位错。分为刃型位错和螺型 位错。 刃型位错：晶体一部分沿一定晶面相对于晶体 的未动部分，逐步发生一原子间距的错动，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 半原子面在滑移面以下的称负位错 螺旋位错：原子呈螺旋线形错排的线缺陷 3.面缺陷 二维尺度很大，而第三维尺度很小的缺 陷，晶界与亚晶界 晶界：晶粒间的接触面，是不同位向晶粒的过 渡部位，宽度为5~10个原子间距，位向差一般 为30~40o。 晶界处原子排列受到两侧不同晶粒位向的 影响，形成原子排列无规则的过渡层，大多数 相邻晶粒的位向差在15o 以上，也称大角晶界 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小，位向差也很 小(10’ ~2 o)的小晶块。 亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界 也可看作位错壁。 亚晶界实际上由一系列刃型位错形成的 小角晶界，位向差很小，通常小于2~3 o 晶界特点： 原子排列不规则 熔点低 耐蚀性差 易产生内吸附，外来原子易在晶界偏聚 阻碍位错运动，是强化部位，因而实际使用的金属力求获得细晶粒。 是相变的优先形核部位 点缺陷引起的晶格畸变使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 位错能够在金属的结晶、塑性变形和相变等过程中形成，位错的存在，使金属的强度值降低2~3个数量级 晶界与亚晶界具有常温下强度和硬度高，高温下强度和硬度低，容易被腐蚀等特点 二、金属的结晶 金属由液态转变为固态晶体的过程称为结晶。 结晶过程： 液体内部生成一批极小的晶体作为结晶中心-晶核的形成 晶核逐渐长大，发展到整个液体-晶核的长大 晶核的形成方式： 从液体结构内部在过冷条件下自发长出的结晶核心叫自发晶核 依附于金属内部的杂质生成的晶核叫非自发晶核 自发晶核与非自发晶核在结晶过程中 同时存在，非自发晶核的作用大于自发晶核 1.金属的结晶过程 2.金属结晶的颗粒度大小 （1）晶粒度的大小与性能的关系 一般，晶粒越细小，强度、硬度越 高，塑性、韧性也越好。 （2）晶粒度大小的控制方法 2.金属结晶的颗粒度大小 （1）晶粒度的大小与性能的关系 一般，晶粒越细小，强度、硬度越 高，塑性、韧性也越好。 （2）晶粒度大小的控制方法 增大过冷度的办法： 提高液体金属的冷却速度 提高液体金属的过冷能力 大型铸件，获得大的过冷度很困难，不 易使整体均匀冷却，且冷却速度过快会导致 铸件开裂 为获得较细的晶粒组织，在液态金属结 晶前加入少量变质剂，促使形成大量的非自 发晶核，提高形核率，这种细化晶粒的方法 称为变质处理 作用：增加晶核的数量或阻碍晶核的长大 金属结晶时，对液态金属附加机械振动 、超声波振动或电磁振动等措施，造成枝晶 破碎，使晶核数量增多，达到细化晶粒的目 的 亚晶粒 大角度和小角度晶界 位错壁 增加过冷度 变质处理 附加振动 增加过冷度 变质处理 附加振动 第二章 铁碳合金 第一节 金属的晶体结构与结晶 金属是呈规则排列的原子聚合体 原子的结合方式和排列方式决定了物质 的性能。 一、金属的晶体结构 （一）金属晶体结构的基本概念 金属的结构 晶态 非晶态 SiO2的结构 晶体的结构：晶体中原子的空间呈规则的排 列方式 晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所 形成的三维空间格架。直线的交点（原子中 心）称结点。由结点形成的空间点的阵列称 空间点阵 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何 单元。 （二）常见金属的晶格类型 体心立方晶