金属材料的组织结构.pptxVIP

第二篇金属的组织结构[机械制造工程]精品课程小组第一页，共六十页。教学目的与要求: 1.了解金属结晶过程及其规律。 2.了解常用金属的晶体结构及同素异构对金属性能的影 响。 3.掌握合金的基本相与基本组织及其对合金性能的影响。 4.掌握合金的成分、组织与性能的关系。 5.能利用铁—碳相图定性地分析铁碳合金成分、组织、性 能间的关系。 6.能够分析平衡状态下典型成份铁碳合金的组织转变过 程。第二页，共六十页。教学内容： 金属的结晶过程，结晶规律，纯金属的晶体结构，合金 的组织，铁碳合金平衡状态图。重点、难点： 有关金属学的基本概念， 铁碳合金平衡状态图及其分析。第三页，共六十页。本章主要阅读文献： 1、周凤云主编. 工程材料及应用. 武汉：华中科技大 学出版社，2002。 2、于永泗主编.机械工程材料. 大连：大连理工大学 出版社，2003。 3、卢秉恒主编. 机械制造技术基础. 北京：机械工 业出版社，1999 。第四页，共六十页。第一节 金属的结晶一、金属结晶的有关概念(一)晶体的概念晶体：是指原子（离子﹑分子）在三维空间呈有规则的周期性 重复排列的物质。特点：各向异性 具有规则的外形 具有固定的熔点第五页，共六十页。（二）金属结晶时的过冷现象1、理论结晶温度2、过冷现象 实际结晶过程只有在理论结晶温度以下才能进行的现象叫过冷现象。第六页，共六十页。液态和固态自由能随温度变化的示意图以及纯金属的冷却曲线第七页，共六十页。二、金属结晶的过程金属的结晶过程分为三个方面进行表述：1.液态——固态；2.原子由液态下的无序状态——固态下的有序状态；3.原子由液态下的高速运动——固态下原子的低速运动。第八页，共六十页。金属结晶过程示意图1、晶胚； 2、晶核形成； 3、晶核长大和新的晶核产生； 4、晶核长大； 5、所有液态形成晶核 第九页，共六十页。(一)形核方式金属结晶时，由于结晶条件不同，可能出现两种不同的形核方式：一种是自发形核，另一种是非自发形核。1. 自发形核当液态金属很纯净时，在足够大的过冷度之下，金属晶核将从液相中直接形成，这种形核方式称为自发形核。2. 非自发形核在实际液态金属中，往往存在一些微小的固体微粒，晶核就优先依附于这些现成的固体表面而形成，这种形核方式称为非自发形核。 第十页，共六十页。(二)过冷度对形核和晶核长大的影响 过冷度对于晶核形成率和成长速率的影响，主要是因为在结晶过程中有两个因素同时在起作用：一是晶体与液体的自由能差（△F），是晶核形成和长大的驱动力；二是液体中原子迁移能力或扩散系数（D），是晶核形成和长大的必须条件。如图2—4、2—5所示。 第十一页，共六十页。第十二页，共六十页。三、晶粒大小的控制(一)晶粒度对金属性能的影响 常温下，晶粒越细小，晶界面积越大，则强度和硬度越高，同时塑性和韧性也越好，即综合机械性能好。 高温下，晶粒应适当粗化，其性能较好。因为高温下原子沿晶界的扩散比晶内快，晶界对变形的阻力大大减弱所致。 (二)决定晶粒度的因素 晶粒度取决于N/G，其值越大，晶粒越细小。第十三页，共六十页。(三)细化晶粒方法及原理 1. 控制过冷度 V实增大，Tn降低，△T增大，为结晶过程提供了更多的能量 。2. 变质处理 在液态金属中加入一定变质剂（粉末状、细颗粒），促进形核，以增加晶核数目或抑制晶粒长大，从而细化晶粒。 3. 机械振动法（如搅动）﹑超声波振动法等。第十四页，共六十页。第二节 纯金属的晶体结构一、晶格、晶胞、晶体常数晶体结构： 晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。 晶格： 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。 晶体和晶格的示意图第十五页，共六十页。第十六页，共六十页。晶胞： 能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞，晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。晶胞的基本特性即可反映该晶体结构(晶格)的特点。晶格常数： 晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、γ这六个参数来描述。其中a、b、c 为晶格常数。 金属的晶格常数一般为:? 1×10-10 m～7×10-10 m。晶胞和晶格常数示意图?第十七页，共六十页。第十八页，共六十页。二、常用金属的晶体结构(一)体心立方晶格 体心立方晶胞原子如何排列??? 体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上，一个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠。 具有体心立方晶格的金属有钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, 912 ℃)等。大多具有较高的强度和韧性。第十九页，共六十页。体心立方晶胞第二十页，共六十页。体心立方晶胞特征： （1）晶格常数? a=b=c, α=β