《机械工程材料 教学课件 ppt 作者 周超梅 第二章 金属的晶体结构与结晶》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程材料 教学课件 ppt 作者 周超梅 第二章 金属的晶体结构与结晶（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 金属的晶体结构与结晶,第二章 金属的晶体结构与结晶,第一节 金属的晶体结构 第二节 合金的基本结构 第三节 纯金属的结晶 第四节 合金的结晶,第一节 金属的晶体结构,晶体：晶体是指物体中的原子在三维空间按一 定几何规律重复排列的有序结构。,非晶体：指物体中的原 子在三维空间无序排列 的结构。,一、晶体结构的基本概念,一、晶体结构的基本概念,晶体结构示意图 代表：金刚石、NaCl、冰等。,非晶体结构示意图 代表：蜂蜡、玻璃、沥青等,晶格：表示原子在晶体中排列规律的空间几何格架称为晶格。 晶胞：指组成晶格的最小几何单位。,一、晶体结构的基本概念,一、晶体结构的基本概念,晶格,晶胞,晶面：晶
2、体中由一系列原子所组成的平面称为 晶面。,一、晶体结构的基本概念,晶向：通过二个或二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。,一、晶体结构的基本概念,晶面,晶向,体心立方晶格 bcc 面心立方晶格 fcc 密排六方晶格 hcp,二、常见的三种晶格类型,二、常见的三种晶格类型,体心立方晶格： 在立方体晶胞的八个顶角上和晶胞中心各有一个原子。这种晶格类型的金属有-铁 （-Fe）、钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等 。,二、常见的三种晶格类型,二、常见的三种晶格类型,面心立方晶格： 在立方体晶胞的八个顶角和立方体六个面的中心各排列一个原子，这种晶格类型的金属有-铁（
3、-Fe）、铜（Cu）、铝（Al）、铅（Pb）、金（Au）、镍(Ni)等，,二、常见的三种晶格类型,二、常见的三种晶格类型,二、常见的三种晶格类型,密排六方晶格： 它的晶胞是一个正六棱柱体，在六棱柱的各个棱角和上、下两个六边形底面的中心各有一个原子，此外在棱柱体中间还有三个原子。这种晶格类型的金属有锌（Zn）、镁（Mg）、铍（Be）、镉(Cd)。,二、常见的三种晶格类型,二、常见的三种晶格类型,二、常见的三种晶格类型,三、金属的实际晶体结构,单晶体：金属晶体其内部晶格位向是一致的。,多晶体：一块金属晶体由许多晶格位向不同 的微小晶体组成的称为多晶体。,单晶体,多晶体,三、金属的实际晶体结构,晶粒
4、：单晶体内部的晶格位向是一致的，多晶体中彼此相邻的小晶体间位向都不同，这种不规则的小晶体称为晶粒。,晶界：晶粒与晶粒之间的界 面称为。,点缺陷：点缺陷是指在三维空间的三个方向上尺寸都很小的晶体缺陷，常见的有晶格空位和间隙原子。,三、金属的实际晶体结构,晶格空位,间隙原子,大置换原子,小置换原子,三、金属的实际晶体结构,空位和间隙原子引起的晶格畸变,三、金属的实际晶体结构,线缺陷：在三维空间的两个方向上尺寸很小的晶体缺陷称为线缺陷。常见为刃形位错和螺形位错等。,三、金属的实际晶体结构,刃型位错,螺型位错,刃形位错：,三、金属的实际晶体结构,在这个晶体ABCD面的上方，多出一个垂直的半原子 面EF
5、GH，象刀刃一样切入晶体与ABCD面交于EF线 （位错线），使晶体中上下两部分的原子产生了错排 现象，称为刃形位错。,三、金属的实际晶体结构,刃型位错：,刃型位错的形成,面缺陷：在三维空间的一个方向上尺寸很小而呈面状的晶体缺陷称为面缺陷。主要指晶界、亚晶界（镶嵌块边界）。,三、金属的实际晶体结构,晶界,亚晶界,面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。,三、金属的实际晶体结构,晶界,合金：由二种以上金属或金属与非金属组成的具有金属特性的物质 。 组元：组成合金的最基本的独立物质。 相：相是合金中成分、结构相同并以界面相互分开的各个均匀组成部分。 相变：金属或合金的一种相在一定条
6、件下，可以变为另一种相。,第二节 合金的基本结构,一、合金的概念,二、合金的组织,根据合金中各组元之间结合方式的不同， 合金的基本结构可分为固溶体和金属化 合物两大类。,固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持 溶剂晶格类型的合金相称为固溶体。,溶入的原子称为溶质原子，而基体原子称为溶剂原子，根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。,二、合金的组织,置换固溶体：溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体，称为置换固溶体。,二、合金的组织,间隙固溶体：当溶质原子嵌入溶剂晶格各结点之间的空隙内形成的固溶体称为间隙固溶体。,二、合金的组织,金属化合物:合金中溶
7、质含量超过溶剂的溶解度时，合金元素间发生相互作用而生成具有金属性质的一种新相，称为金属化合物 。,金属化合物的特点是熔点 高、性能硬而脆。,铁碳合金中的Fe3C,二、合金的组织,第三节 纯金属的结晶,纯金属或合金由液态变为固态的过程也是原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程，这个过程为金属的结晶过程。,一、纯金属的冷却曲线及过冷现象,冷却曲线热分析法,T0,Tn,理论结晶温度T0,实际结晶温度T n,T,过冷度,T= T0 - Tn,纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度,结晶过程形核和晶核长大的过程,液态金属,形核,晶核长大,完全结晶,二、纯金属的结晶过程,晶核的生成,二、纯金属的
8、结晶过程,自发晶核:由液体金属内部原子聚集，超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。 非自发晶核:液态金属依附在一些未熔微粒表面所形成的晶核为非自发晶核。,二、纯金属的结晶过程,长大过程平面生长与树枝状生长,平面生长示意图,三、金属晶粒大小及控制,衡量金属的晶粒大小常用晶粒度（即单位体积或面积内晶粒的数量）表示。 细晶粒的金属不仅强度高，而且塑性和韧性也好。 在实际生产中，通常采用适当的方法来获得细小的晶粒，这种强化金属材料的方法称为细晶强化。,增加过冷度 变质处理 振动或搅拌,三、金属晶粒大小及控制,增加过冷度,过冷度对N、G的影响,三、金属晶粒大小及控制,变质处理：,在液体金属中加入变质剂(孕育
9、剂)， 以细化晶粒和改善组织的工艺措施。,作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。,变质处理前,变质处理后,三、金属晶粒大小及控制,振动或搅拌：可使生长中的枝晶破碎细化，而破碎的枝晶起到新生晶核的作用，增加了形核率，从而达到细化晶粒的目的。,三、金属晶粒大小及控制,第四节 合金的结晶 一、二元匀晶相图的建立,两组元不但在液态可无限互溶，在固态下也可 无限互溶的二元合金系所形成的相图称为二元 匀晶相图。,这类二元合金相图的合金主要有Ca-Ni、Cr-Mo、 Fe-Ni等。,一、二元匀晶相图的建立,液相线以上为 液相区（L）， 固相线以下为 固相区（）， 在液、固相线 之间为液固二 相共存区（L+）。,二、二元合金相图的种类及应用,在二元合金中，两组元在液态下完 全互溶，在固态下只能有限互溶， 并在凝固过程中发生共晶转变，形 成两种成分与结构完全不同的固相 的相图称为二元共晶相图。,Pb-Sb合金共晶相图,Pb-Sb合金的结晶过程示意图,二、二元合金相图的种类及应用,Pb-Sb合金的结晶过程示意图,Pb-Sb合金的结晶过程示意图,二、二元合金相图的种类及应用,三、相图与合金性能的关系,合金使用性能与相图的关系,合金的工艺性能与相图的关系,作业,书后习题,谢谢大家！,
