[理学]第二章 金属与合金.ppt

第二章 金属与合金的晶体结构和二元合金相图 第一节 纯金属的晶体结构 本节学习要求： 掌握有关晶体学的基础知识; 理解晶粒、晶界、单晶体、多晶体的概念以及晶体中存在的缺陷对性能的影响。 性能的区别 晶体有固定的熔点（Ｆe-1538℃、Ｃu-1083 ℃),在不同方向上具有不同的性能，表现为晶体的各向异性。 非晶体无固定的熔点，随温度升高，固态非晶体逐渐变软，后变为有显著流动性液体。表现为各向同性（各方向原子聚集密度大致相同） 晶体与非晶体在一定条件下可互相转化 　例如：玻璃长时间高温加热可变为晶态玻璃，金属从液态急冷（冷却速度＞10*7℃/S）可获非晶态金属 ２、晶格、晶胞和晶格常数 晶格：抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架 晶胞：晶格中能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元。(动画) 晶格常数：晶胞的棱边的长度 动画(晶格与晶胞) 二、金属的晶体结构 金属的特性 晶体分为金属晶体和非金属晶体，除二者的共同特征外，金属晶体还具有金属光泽以及良好的导电性、导热性和塑性。 金属晶体与非金属晶体的根本区别在于：金属具有正的电阻温度系数（电阻随温度的升高而增大） １、体心立方晶格 (动画) 晶胞原子数为?个 α-Ｆe、Cr、w、v ２、面心立方晶格 (动画) 晶胞原子数为?个 γ-Ｆe、Cu、Al、Ag、Ni 3、密排六方晶格 (动画) 晶胞原子数为?个 Mg、Zn 三、晶面、晶向、晶面指数、 晶向指数和晶格致密度 晶面：金属晶体中，通过一系列原子所构成的平面 晶向：通过两个以上原子的直线，表示某一原子列的空间位向 晶面指数：表示晶面的符号(h,k,l) 晶向指数：表示晶向的符号[u,v,w] 晶面指数的确定方法 设坐标 求截距 取倒数 化整数 列括号 晶向指数的确定方法 设坐标 求坐标值 化整数 列括号 晶格致密度：是指晶胞中原子所占体积与该 晶胞体积之比 体心立方晶格致密度为：0.68 面心立方晶格致密度为：0.74 密排六方晶格致密度为：0.74 (自然铜的晶体结构) (刚玉的晶体结构) 四、金属的实际晶体结构 单晶体和多晶体 晶粒：实际的金属中包含许多颗粒状的小晶体，每个晶体内部的晶格位向一致，而各个小晶体彼此间位向都不同。(许多取向相同的晶胞组成晶粒) 晶界：晶粒与晶粒之间的界面 单晶体：晶粒内部的晶格位向完全一致的晶体.(所有的晶胞取向完全一致的晶体) 多晶体：由许多晶粒组成的晶体.(由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体 ) 亚晶粒（亚组织） 亚晶界 2、晶体缺陷及其与性能之间的关系 晶体缺陷：由于种种原因，在晶体内部某些局部 区域，原子的规则排列往往受到干扰而破坏。 （1）点缺陷：空位、间隙原子和置换原子 （动画） 影响：产生晶格畸变，提高强度、硬度和电阻 （2）线缺陷—位错 位错：晶体中，某一列或若干列原子发生有规则的 错排现象。（刃型位错和螺型位错） 位错密度ρ：单位体积内位错线长度 正、负刃型位错 位错线的密度以及位错的运动，对金属性能、塑性变形及组织转变有显著影响。 （位错的运动） 1、刃型位错 （顶视图）（立体图） （前视图） （原子面简化图）（位错线简化图） 2、螺型位错 （顶视图）（立体图）（原子面简化图） （位错线简化图） （3）面缺陷—晶界和亚晶界 大角度晶界：相邻晶粒之间位向差15°以上 亚晶界：亚晶粒之间的界面 思考题： 　　 已知γ-Fe的晶格常数（a=3.63A）大于α-Fe的晶格常数（a=2.89A），为什么γ-Fe冷却到912℃转变为α-Fe时,体积反而增大? 第二节 金属的结晶与同素异晶转变 本节学习要求： 掌握纯金属结晶的过程（形核与长大）和特点（过冷现象）； 了解常用细化晶粒的措施； 了解金属的同素异晶转变现象。 一、纯金属的结晶 结晶：金属由液态转变为固态金属晶体的过程。 纯金属结晶的特点：恒温、过冷现象 冷却曲线与过冷度 冷却曲线 用热分析法测定时描述金属结晶过程的曲线。 结晶出现恒温的原因？ 结晶放出的结晶潜热与液态金属向周围散失的热量相等，补偿损失 理论结晶温度：冷却曲线上对应的温度值t0 实际结晶温度：由于结晶时有较大冷速t1 过冷现象、过冷度△t = t0- t1 过冷是结晶的必要条件。同一金属，结晶时冷速越大，过冷度越大，实际结晶温度就越低 2、结晶过程（形核与长大）（纯铁结晶过程） 晶核：结晶时首先在液态金属中形成的细小的小 晶体，是稳定的结晶核心。 （1）晶核的形成（自发形核与非自发形核） （2）晶核的长大：