金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 吴惠明 第2章 金属的晶体结构与结晶.ppt

第2章 金属的晶体结构和结晶 知识目标： 了解三种典型金属晶体结构的特点及常见金属。 了解金属的实际结构与晶格缺陷。 掌握纯金属的结晶的条件、基本过程和细化晶粒的主要方法。 掌握纯铁的同素异构转变。 技能目标： 能运用金属晶体结构的知识分析典型金属的性能差异。 能运用细化晶粒的措施提高铸件的力学性能。 第2章 金属的晶体结构和结晶 2.1 金属的晶体结构 2.1.1 晶体与非晶体 2.1.2 晶体结构的概念 2.1.3 金属晶格的类型 2.1.1 晶体与非晶体 2.1.1 晶体与非晶体 2.1.2 金属的晶格类型 2.1.2 金属的晶格类型 2.1.2 金属的晶格类型 2.1.2 金属的晶格类型 2.1.2 金属的晶格类型 金属材料是如何得到的？ 2.2 金属的结晶 2.2.1 纯金属的冷却曲线及过冷度 2.2.2 纯金属的结晶过程 2.2.3 晶粒大小对金属力学性能的影响 2.2.4 金属晶体结构的缺陷 2.2.4 金属晶体结构的缺陷 晶体缺陷：晶体中原子（或分子）周期性排列受到干扰而破坏的现象 2.2.4金属晶体结构的缺陷 2.2.4金属晶体结构的缺陷 2.2.4金属晶体结构的缺陷 2.3 金属的同素异构转变 2.3 金属的同素异构转变 2.3 金属的同素异构转变 本章小结： 金属的晶体结构 金属的结晶的条件 金属结晶的过程 细化晶粒的方法 晶体缺陷 金属的同素异构转变 * * 2.1 金属的晶体结构 2.2 金属的结晶 2.3 金属的同素异构转变 晶体：在物质内部，凡原子（或分子）在三维空间呈有序、有规则排列的物体。 非晶体：在物质内部，凡原子（离子或分子）在三维空间呈无序堆积状况的物体。 晶体 金刚石、NaCl、冰 等。 非晶体 蜂蜡、玻璃 等。 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶 石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精 典型物质 没有规则的几何形状 有固定的熔点，性能呈各向同性 具有规则的几何形状 有一定的熔点，性能呈各向异性 性能特点 凡原子（离子或分子）在三维空间呈无序堆积状况的物体 凡原子（或分子）在三维空间呈有序、有规则排列的物体 定义 非 晶 体 晶 体 项 目 晶体和非晶体的对比 2.1.2.1晶格和晶胞 为了便于研究，人们把金属晶体中的原子近似看做是一个个刚性小球，则金属晶体就是由这些刚性小球按一定几何规则紧密堆垛而成的物体。 晶体内部原子排列示意图 晶体中原子的排列 2.1.2.1晶格和晶胞 晶格：为了清楚地表示晶体中原子排列的规律，将原子简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，形成一个能反映原子排列规律的空间格架。 晶 格 晶胞：晶格中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。 晶 胞 2.1.2.2 晶格常数 z x y ? ? ? a b c 图2―3 简单立方晶格的晶胞的表示方法 棱边长度都相等（a=b=c） 三个晶轴之间的夹角也相等 α=β=γ=90° 晶格常数：晶胞的棱边长度称为晶格常数 2.1.2.3 晶面和晶向 晶面：在晶体中由一系列原子中心所构成的平面称为晶面。 晶向：通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的一定方向，称为晶向。 2.1.3 金属晶格的类型 每个晶胞原子数n=8×1/8+1=2(个) 属于体心立方晶格类型的金属有α-Fe（912℃以下的钝铁）、铬、钼、钨等。 2.1.3.1 体心立方晶格 2.1.3 金属晶格的类型 2.1.3.2 面心立方晶格 每个晶胞中的原子数为n=8×1/8+6×1/2=4(个) 属于面心立方晶格类型的金属有γ-Fe（1394－912℃的钝铁）、铝、铜、银等。 2.1.3 金属晶格的类型 2.1.3.3 密排六方晶格 密排六方晶胞中的原子数n=12×1/6+2×1/2＋3=6(个) 有密排六方晶格的金属有镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）、镉（Cd）等。 冶炼 矿石 金属材料 凝固 液态 固态 2.2 金属的结晶 炼铁 2.2 金属的结晶 液体 固体 结晶：金属由原子不规则聚集的液体转变为原子规则排列的固体的过程。 结晶 2.2.1 纯金属的冷却曲线及过冷度 研究方法：热分析法。 1、纯金属的冷却曲线 结晶潜热：结晶的过程中放出的热量。 2.2.1 纯金属的冷却曲线及过冷度 金属结晶的条件:必须有一定的过冷度 T1 ΔT 理论结晶温度 实际结晶温度 ΔT = T0 – T1 t T T0 过冷度:理论结晶温度和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差（△T= T0－ T1）。 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶的温度