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1、22材料的微观结构基础材料的微观结构基础材料的微观结构基础材料的微观结构基础一、材料的结晶根据材料中原子的排列方式材料分为 非晶体材料 和 晶体材料短程有序，各向同性 长程有序，各向异性 无固定熔点 具有固定的熔点凝固：材料由液体固体。结晶：材料由液体晶体。1. 1. 纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律结晶开始结晶终止Tmb）实际结晶结晶开始TnT结晶终止Tma）平衡结晶图2-1 纯金属的冷却曲线1.1 过冷度缓冷缓冷，结晶潜热补偿了温度下降，出现水平段。理论结晶温度Tm：实际结晶温度Tn：过冷度T=Tm-Tn过冷度过冷度过冷度过冷度金属结晶的必要条件：过冷度。冷
2、速越大， Tn越低，过冷度T越大。（图2-2）图22 不同速度冷却曲线v1v2v3t1t2t3v1v2v31.2 1.2 纯金属结晶的普遍规律纯金属结晶的普遍规律纯金属结晶的普遍规律纯金属结晶的普遍规律液态金属冷却达到结晶温度时，某些原子按一定规律排列聚集形成结晶核心，称为晶核。结晶的普遍规律：不断形成晶核和晶核不断长大的连续过程.纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律自发晶核：T，形成尺寸很小的近程有序的原子集团晶核非自发晶核：固态杂质微粒子吸附原子形成。枝晶：1.3 1.3 结晶晶粒大小的控制结晶晶粒大小的控制结晶晶粒大小的控制结晶晶粒大小的控制o结晶时冷却越快，
3、过冷度越大，晶核数量越多，晶粒越细小，金属的力学性能越好。o结晶过程中晶粒的大小主要取决于形核率和长大速率。NN和和GG与与TT的关系的关系形核率（N）：单位时间、单位体积内形成晶核的数目。成长率（G）：晶核单位时间生长的平均线长度。T ，则N G 。 N /G越大，则晶粒越细小； N / G越小，晶粒越粗大。 T 达到一定程度，原子无法扩散，形成非晶体。GN过冷度T形核率N长大速率G图2-3 T对N和G的影响2.2.晶体中的原子排列晶体中的原子排列晶体中的原子排列晶体中的原子排列2.1 有关晶体结构的基本概念晶格：描述原子在晶体中规则排列方式的空间几何图形。原子几何点，用线连起来形成的空间几
4、何框架。原子模型晶格基本概念基本概念基本概念基本概念晶胞：晶格中反映晶体特征的最基本的几何单元。晶胞2.2 2.2 典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构1）体心立方晶格（BCC或bcc）Cr、W、Mo、V、Fe晶格常数：a=b=c，=90b）晶胞a）模型2.2 2.2 典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构2）面心立方晶格（FCC或fcc）eg: Cu、Al、Ni、Au、Ag、Fe晶格常数：a=b=c，=90b）晶胞a）模型a）模型2.2 2.2 典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构3）密
5、排六方晶格（HCP或hcp） eg: Mg、Zn、Be、石墨、Ti晶格常数：ac，c/a1.633。b）晶胞2.3 2.3 同素异晶转变同素异晶转变定义：Fe、Co、Ti等伴随着外界条件（温度和压力）的变化，物质在固态时所发生的晶体结构的转变。1、纯铁的同素异晶转变纯铁在1538结晶为Fe，具有BCC晶格结构，随温度降低，发生如下变化：体心Fe面心1394Fe体心912Fe纯铁的冷却曲线图1-20 纯铁的 冷却曲线1600150014001300120011001000 900 800 700 600 500时间温度 t L1538 -Fe1394 -Fe912 -Fe二、合金的基本显微组织结
6、构二、合金的基本显微组织结构二、合金的基本显微组织结构二、合金的基本显微组织结构固态合金的三种基本显微组织结构：固溶体、金属化合物、机械混合物。1）固溶体 是指溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的均一的、保持溶剂晶体结构的结晶相。间隙原子置换原子按溶质原子占据的位置分为置换固溶体和间隙固溶体。固溶体固溶体固溶体固溶体置换固溶体：r溶质r溶剂，电化学性质相近，可无限互溶。间隙固溶体：r溶质/r溶剂0.59 r溶质小，有限互溶。溶剂原子溶剂原子溶质原子溶质原子固溶体固溶体固溶体固溶体固溶强化：由于溶质原子的溶入而使固溶体的晶格发生畸变，位错运动阻力增加，提高了变形抗力，而使材料的强度和硬度提高的现象。对性能的影响：比纯组元和化合物具有较为优越的综合力学性能，即良好的塑性、韧性，较高的硬度、强度。22）金属化合物金属化合物金属化合物金属化合物定义：组成合金的组元由相当程度的金属键结合并具有金属特性的化合物。 如碳钢中的渗碳体（Fe3C）。金属化合物金属化合物金属化合物金属化合物金属化合物的特性：高熔点、高硬度、高脆性、塑性很差。弥散强化：若使金属化合物呈细小颗粒状以 弥散形式均匀分布于固溶体的基体上，使合金的强度、硬度、耐磨性明显提高。33）机械混合物）机械混合物）机械混合物）机械混合物o定义：合金中不同的显微组织结构呈现机械混合型态存在。o铁碳合金相图中P（F+Fe3C）
