金属的晶体结构和结晶.ppt

这种在显微镜下所观察到的金属材料各种类晶粒的显微形态，即晶粒的形状、大小、数量和分布等情况，称为显微组织或金相组织，简称组织。金属材料的组织决定了金属材料的性能。实验和理论都证实，金属的晶粒越细，金属材料在室温时的强度、硬度就越高，塑件和韧性也越好。第54页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三显微组织第55页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三显微组织不同放大倍数下金属的显微组织第56页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三显微组织不同含碳量的显微组织第57页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三在金属中还存在着各种各样的晶格缺陷，按其几何形式的特点，分为如下三类：1.点缺陷原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小。晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。点缺陷示意图（二）实际晶体缺陷第58页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三如果间隙原子是其它元素就称为异类原子（杂质原子）空位间隙原子第59页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三（二）晶体缺陷当晶格中某些原子由于某种原因，（如热振动等）脱离其晶格结点而转移到晶格间隙这样就形成了点缺陷，点缺陷的存在会引起周围的晶格发生畸变，从而使材料的性能发生变化，如屈服强度提高和电阻增加等。第60页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三（二）晶体缺陷2.线缺陷原子排列的不规则区在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。如：位错。位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。由于晶体中局部滑移的方式不同，可形成不同类型的位错，第61页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三位错理论是30年代发展起来的,为了解释金属的范性形变(塑性)。为什么有的金属很软,而有的硬?对软金属,按照理论，若把金属键的键力求和,其合力远超过使金属产生形变的力。虽然最初位错慨念是为了说明机械强度提出的,但是后来人们发现,它影响着晶体的力学,电学,光学等方面的性能,并且直接关系到晶体的生长过程。几何学、量子、弹性、晶体学、物理化学、热力、统计、波动第62页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图第63页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三图为一种最简单的位错“刃型位错”。因为相对滑移的结果，上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。线缺陷示意图第64页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三刃位错刃位错第65页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三螺位错第66页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三实际晶体中存在大量的位错,一般用位错密度来表示位错的多少。位错密度：单位体积中位错线的总长度,或单位面积上位错线的根数,单位cm2位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发生了畸变,对晶体的性能有显著的影响。实验和理论研究表明:晶体的强度和位错密度有如图的对应关系。第67页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三当晶体中位错密度很低时,晶体强度很高；相反在晶体中位错密度很高时,其强度也很高。位错密度很高易实现,如剧烈的冷加工可使密度大大提高,这为材料强度的提高提供途径。金属强度与位错密度的关系第68页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三3.面缺陷原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界（大角度）和亚晶界（小角度）是晶体中典型的面缺陷。面缺陷第69页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三其相邻两晶粒之间的位向差多数为30o-40o的大角度。晶界处原子的排列必须从一种晶粒的位向过渡到另一种晶粒的位向，因此晶界成为两晶粒之间原子无规则排列的过渡层。在实际金属晶体中的晶粒内部，存在图（b）所示的面缺陷，有许多尺寸的小晶块，它们之间的位向差很小，只有几分、几秒，一般小于1o～2o，它们相互镶嵌成一颗晶粒。在这些小晶块的内部原子排列的位向是一致的，这些小晶块称为亚晶粒(或亚结构，或镶嵌块)，相邻亚晶粒之间的界面称为亚晶界。第70页，讲稿共100页，2023年5月2日，星期三2.金属晶体