第2章 金属的晶体结构与结晶.ppt

本章知识结构 2.1 金属的晶体结构 2.2 金属的实际晶体结构 2.3 纯金属的结晶与铸锭 2.4 合金的相结构 2.1 金属的晶体结构 2.1.1 晶体基础 2.2 金属的实际晶体结构 2.2.1 多晶体结构和亚结构 2.3 纯金属的结晶与铸锭 2.3.1 纯金属的结晶 1.金属结晶的基本概念 广义地讲，金属从一种原子排列状态过渡为另一种原子规则排列状态的转变都属于结晶过程。金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶，而金属从一种固态过渡为另一种固态的转变称为二次结晶。 2. 纯金属的冷却曲线和过冷现象 1、金属结晶温度： 纯金属的结晶是在一定温度下进行的。 如果液态金属冷却的极其缓慢，当达到达理论结晶温度之后，稍有温度降低便会开始结晶，结晶过程中有结晶潜热放出、补偿了温度的下降。 3. 纯金属的结晶过程 2.3.3 金属的同素异构转变 2.4 合金的相结构 2.4.1 基本概念 1. 合金 由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为“合金”。 2. 组元 3. 合金系 4. 相 材料中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为“相”。“相结构”指的是相中原子的具体排列规律。 5. 组织 通常人眼看到或借助于显微镜观察到的材料内部的微观形貌(图像)称为组织。 2.4.2 固态合金的相结构 合金在熔点以上，通常各组元相互溶解成为均匀的熔液，称为液相。当合金熔液凝固后，由于各组元之间的相互作用不同，可能出现两种基本相：固溶体和金属化合物。 小 结 * * 机械制造基础(上册) 侯艳君 第2章 金属的晶体结构与结晶  教学提示：金属的内部结构和组织状态是决定金属材料性能的一个重要因素。金属在固态下通常都是晶体，了解和掌握金属的晶体结构、结晶过程及其组织特点是零件设计时合理选材的根本依据。 教学要求：本章让学生了解金属的晶体结构、晶体缺陷、纯金属的结晶与铸锭及合金的相结构。 (a) 原子排列 (b) 晶格 (c) 晶胞 图2.1 晶体的结构 1）晶格：金属结晶后原子的排列是有规律的，为了便于描述晶体中原子的排列规律，把每一个原子的核心视为一个几何点，用直线按一定的规律把这些几何点连接起来，形成空间格子，把这种假想的格子称为晶格。 2）晶胞：晶格所包含的原子数且相当多，为便于研究分析，将能够代表原子排列规律的最小单元体划分出来，这种最小的单元体称为晶胞。如图2.1所示。通过分析晶胞的结构可以了解金属的原子排列规律、判断金属的某些性能。 2.1.2 常见的金属晶体结构 金属的晶格类型有很多，纯金属常见的晶体结构主要为体心立方、面心立方及密排六方三种类型。 属于这种类型的金属有Cr、Mo、W、 V(钒)、α-Fe 它们大多具有较高的强度和韧性 每个晶胞的原子数 a.体心立方晶胞： 晶胞是正立方体，原子位于立方体的中心和八个顶点上，共有九个原子组成一个体心立方晶胞，顶点上的每个原子为相邻的八个晶胞所共有。 2.1.2 常见的金属晶体结构 b.面心立方晶胞：晶胞是正立方体，原子位于立方体六个面的中心和八个顶点上。顶点上的每个原子为相邻的八个晶胞所共有，面心的每个原子为其相邻晶胞所共有。 属于这种类型的金属有Al、 Cu 、Ni、γ-Fe 它们大多具有较高的塑性 每个晶胞的原子数 c.密排六方晶胞：晶胞是正六方柱体，原子位于两个底面的中心处和十二个顶点上，柱体内部还包含着三个原子，共有十七个原子组成一个晶胞。顶点的原子同时为相邻的六个晶胞所共有，面中心的原子同时属于相邻的两个晶胞，而体中心的三个原子为该晶胞所独有。 属于这种类型的金属有Mg 、Zn 、Ti ，另外，石墨 它们大多具有较大的脆性，塑性较差 每个晶胞的原子数 2.1.2 常见的金属晶体结构 图2.5 金属的多晶体结构示意图 图2.6 工业纯铁的显微组织 2.2.2 实际金属晶体缺陷 我们将实际晶体中偏离理想结构的区域称为晶体缺陷。根据几何形状特征，可将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。 1. 点缺陷 (a) 空位 (b) 置换原子 (c) 间隙原子 图2.7 点缺陷 2. 线缺陷 线缺陷是指晶体内沿某一条线，附近