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1、第二章第二章 材料的结构、凝固材料的结构、凝固与变形与变形2.1 2.1 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构1 1、晶体、晶体 2 2、晶格、晶格 3 3、晶胞、晶胞 4 4、晶格常数、晶格常数5 5、晶面与晶向、晶面与晶向三种典型金属晶体结构的特性参数三种典型金属晶体结构的特性参数体心立方（体心立方（Body-Centered Cubic, BCC)面心立方（面心立方（ Face-Centered Cubic, FCC)密排六方（密排六方（Hexagonal Close-packed, HCP)二、二、 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构1、 单晶
2、体与多晶体单晶体与多晶体2、 点缺陷点缺陷3、 线缺陷线缺陷4、 面缺陷面缺陷1、单晶体与多晶体1.单晶体：原子排列位向一致2.多晶体：单晶体+缺陷纯铁内的晶粒与晶界纯铁内的晶粒与晶界晶粒的位向晶粒的位向光学金相显示的晶粒 2、点缺陷 (Point Defects)晶体中的空位晶体中的空位 ( (vacancyvacancy) )和间隙和间隙原子原子( (interstitial atominterstitial atom) )3、线缺陷刃型位错刃型位错 ( (edge dislocationedge dislocation) )4、面缺陷(Surface Defects) 小角度晶界小角度晶
3、界 Small angle grain boundarySmall angle grain boundary大角度晶界的过渡结构大角度晶界的过渡结构三、金属材料的结构特点v合金：两种或两种以上金属元素或金属与非金属元素组成，具有金属特性的物质。v组元：组成合金的最基本单元 Cu-Al、Fe3C+Fe、 Fe+Cv相：化学成分相同、晶体结构相同，与其它部分有明显分界的均匀组成部分。v合金中有两类基本的相结构 固溶体和金属间化合物（中间相）1、固溶体v组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体 A（B） A：溶剂 B：溶质v分类v溶质原子的位置 置换固溶体：晶格类型
4、相同,原子半径相差不大,电化学性质相近 间隙固溶体：原子半径较小v溶解度 有限固溶体 无限固溶体固溶强化固溶强化 溶质原子溶入溶剂使晶格产生晶格畸度而造成材料硬度升高。 溶质原子溶入晶格畸变位错远动阻力上升金属塑性变形困难强度、硬度升高。2、金属间化合物v合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物 中间相。 特点：熔点高、硬度高、脆性大。 在相图上位于中间部位。v弥散强化弥散强化 弥散分布的第二相使金属强度提高.四、金属的结晶1、结晶过程 图29 结晶 形核：短程有序原子团核心 长大：晶轴2、结晶温度 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度的差别 TTo-
5、Tn3、晶粒大小v晶粒度：表示晶粒大小的一种尺度v细晶强化：通过细化晶粒改善力学性能 提高强硬度、塑韧性 铸件 晶粒细化方法 增加过冷度 变质处理4、同素异构转变重结晶：同种金属，不同结构转变 晶格改变 P31 图227 纯铁的冷却曲线2.2 塑性变形与再结晶塑性变形与再结晶v一、单晶体的塑性变形v二、多晶体的塑性变形v三、合金的塑性变形v四、塑性变形对金属组织与性能的影响v五、变形金属在加热时组织与性能的变化v六、金属的热加工一、单晶体的塑性变形v塑变：切应力作用主要通过晶体 滑移滑移、孪生孪生 塑性变形的基本方式：滑移滑移、孪生孪生 v滑移-切应力作用下，晶体内部相邻原子层间的相对滑动 孪
6、生：图214 了解（1）滑移的表现形式 滑移线与滑移带 图211 现象：抛光后晶体塑变表面台阶 光学显微镜下线条：滑移带由高低不同的台阶组成 电子显微镜下线条：滑移线-滑移带中的一个小台阶 特点：滑移面往往是最密堆积平面具有晶体学特征 滑移在有限区域内开始以有限速度传播到其他区域-滑移非刚性 滑移发出在D的b方向-滑移发出在点阵最密堆积方向之一上 滑移线（带）再抛光不可见 是不均匀的塑变 （2）滑移的临界分切应力定律：只有作用到S.S上的分切应力达到临界值时，该S.S才滑动 临界分切应力e e由晶体结构、加载速度、温度确定（思考？）二、多晶体的塑性变形 原理与单晶体相同，存在晶界的作用v细晶强
7、化v加工硬化：冷加工使金属内部缺陷增多，强度提高。三、合金的塑性变形v1、固溶体的塑性变形 固溶强化 柯氏效应 2、多相合金的塑性变形 弥散强化 切割机制+绕过机制四、塑性变形对金属组织与性能的影响v塑性变形组织： 滑移带（等轴晶粒）伸长纤维组织 各向异性：微观组织不均衡宏观各方向性能不同 加工硬化：加工硬化：冷加工使金属内部缺陷增多，强度提高 形变织构：冷变形使晶粒某晶面或其上某位向趋于 一致 图219 残余内应力：三类应力 宏观残余内应力能量提高不稳定五、变形金属在加热时组织与性能的变化v冷塑变缺陷增多热力学不稳定态v加热原子移动趋于稳定（降低缺陷） 回复与再结晶研究对象1、冷塑变金属加热
8、时组织于性能的变化塑变金属 低温 加热 高温纤维 （不多） 新等轴晶粒 大等轴晶粒 显微组织变化不大 晶粒变化 图221v回复：冷塑变金属加热时，在显微组织未发生明显改变前，某些性能的恢复过程。v再结晶：冷塑变金属加热时，通过形核和长大形成无畸变等轴晶粒组织的过程。 无点阵结构、成分的变化 2、回复v显微组织 基本不变（光学显微镜下视场） 位错密度变化不大v性能：强、硬度基本不变，宏观内应力v应用：去应力退火3、再结晶v显微组织：等轴晶粒（大小：温度、变形量）v性能：恢复塑性，位错密度v再结晶温度 工业生产中，常以经过大变形量（70）的冷变形金属，经1h退火，能完全再结晶（Xr95）的最低温度
9、（T再） T再（0.350.40）T熔v应用：再结晶退火 （实际退火温度）4、晶粒长大v驱动力 界面能v显微组织：晶粒粗大v性能：强度、塑性六、金属的热加工 冷热加工的区别v冷加工加工硬化 TT再 热加工组织和性能的变化v流线 杂质 纤维发布 各向异性 图222v细化晶粒 铸态粗晶 碎化v焊合气孔、疏松、微裂纹第二章总结空间点阵-晶胞晶体结构：晶体中原子和分子的排列状态空间点阵：晶体中质点排列的几何学抽象常见晶体结构Fcc， Bcc， Hcp 晶体缺陷：原子排列偏离理想结构的区域按缺陷在空间几何形态：点缺陷-空位、间隙原子 线缺陷-位错面缺陷-表面、晶界、相 固溶体中间相结晶 过冷度 细化晶粒方法 增大过冷度变质处理塑变 基本方式 滑移孪生回复与再结晶 应用强化方法：固溶强化、弥散强化、细晶强化、加工硬化
