《机械工程材料 教学课件 ppt 作者 倪兆荣 张海筹 主编 第2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 倪兆荣 张海筹 主编 第2章 金属的晶体结构与结晶（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械工程材料,倪兆荣 张海筹/主编 张帆 朱成华/副主编 王宏启/主审,第2章金属的晶体结构与结晶,金属材料的性能与其内部的原子排列密切相关，金属在冷、热加工过程中的许多变化也与晶体结构有关。 金属的特性与金属键 1. 金属的特性 固态金属的主要特性有： 1）良好的导电、导热性。 2）不透明，有金属光泽。 3）具有较高的强度和良好的塑性。 4）具有正的电阻温度系数，即金属的电阻随温度的升高而增大。,金属的晶体结构,金属键 金属原子外层电子与原子核的结合力较弱，很容易摆脱原子核的吸引力，这种电子成为自由电子。失去外层电子的金属原子成为正离子。自由电子在正离子间自由运动，形成所谓的“电子气”。正离
2、子与电子气之间依靠静电引力结合起来，这种结合方式称为“金属键”。,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,金属键模型,晶体结构的基本概念 晶体与非晶体 自然界中的一切固态物质，按其内部粒子的排列情况可分为晶体和非晶体。凡内部粒子呈规则排列的固态物质称为晶体，如食盐、雪花、固态金属等都是晶体。凡内部粒子呈无规则堆积的固态物质，成为非晶体，如普通玻璃、松香等都是非晶体。,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,晶体结构的基本概念 晶格与晶胞 在晶体中，原子按一定的规律在空间有规则地堆垛在一起。表示晶体中原子排列形式的空间格架叫做晶格，从晶格中取出一个能完全代表晶格结构特征的最基本的几何单元
3、，这种基本单元叫晶胞。,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,晶体中原子排列示意图,三种常见的典型晶体结构,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,体心立方晶格,面心立方晶格,密排六方晶格,实际金属的晶体结构 点缺陷。其特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸， 例如空位、间隙原子和置换原子等。 线缺陷。其特征是在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸 相对很大。属于这一类缺陷的主要是位错。 面缺陷。其特征是在一个方向上的尺寸很小，另外两个方向上的尺 寸相对很大，例如晶界、亚晶界等。,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,晶体
4、中的各种点缺陷 1，2空位；3，4间隙原子；5，6置换原子,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,纯金属的结晶 物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如果所凝固成的固体是晶体，则此凝固过程又称为结晶。,金属结晶的现象分为： 1. 结晶过程的宏观现象 2. 结晶潜热的释放 3. 结晶过程的微观过程,金属结晶的结晶条件： 结晶的热力学条件 结晶的结构条件,晶核的形成 在过冷液体中形成固态晶核时，可能有两种形核方式。一种是均匀形核，又叫均质形核或自发形核；另一种是非均匀形核，又叫异质形核或非自发形核。如果液相中各个区域出现新相晶核的几率都相同，则为均匀形核；如果新相优先出现在液相中的某些区域，则
5、为非均匀形核。,晶核的长大 晶核形成之后，就进入长大阶段，晶核长大实质上是原子逐个从液相中扩散到晶核表面上，并按照晶体点阵规律要求，逐个占据适当的位置而与晶体稳定牢靠地结合起来的过程。,金属的晶体结构,第2章金属的晶体结构与结晶,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,形核率和长大速度与过冷度的关系,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,铸锭三晶区的形成,铸锭组织示意图,1表层细晶区,2中间柱状晶区,3中心等轴晶区,铸锭三晶区的组织与性能,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,表层细晶区完全是细小而紧密排列的等轴晶，具有最好的机械性能。但由于其厚度一般都很薄，有的只有几个毫米厚
6、，因此没有多大的实际意义。,柱状晶区本身由于分支很少，在枝晶间形成铸造缺陷的可能性小，组织比较致密。但相邻柱状晶间的界面比较平直，晶粒间彼此结合的不太牢固，特别是沿不同方向延伸的柱状晶往往会在交界处形成脆弱界面，在轧制时容易沿此面开裂。此外，柱状晶区由于晶粒沿着一个方向生长，使其性能具有方向性。,等轴晶区的枝杈间的搭接牢固，裂纹已不扩展,不存在明显的脆弱界面等轴晶的树枝状晶体比较发达，分枝较多，因此显微缩孔较多，组织不够致密，并且一般情况下晶粒较粗大。,影响柱状晶区生长的主要因素：,1. 铸锭模的冷却能力 铸锭模及刚结晶的固体的导热能力越大，越有利于柱状晶的生长。 2. 浇注温度与浇注速度 浇注温度越高，浇注速度越快，越有利于柱状晶的生长，可使铸锭得到较大的柱状晶区。 3. 熔化温度 熔化温度越高，液态金属的过热度越大，非金属夹杂物溶解得越多，非均匀形核的形核率降低，从而减少了柱状晶前沿液体中形核的可能性，有利于柱状晶的发展。,第2章金属的晶体结构与结晶,金属的晶体结构,THANK YOU！,谢谢观赏,
