第二章金属的晶体结构与结晶精选文档.ppt

第二章 金属的晶体结构与结晶本讲稿第一页，共二十八页1 1、晶体、晶体2 2、非晶体、非晶体u 具有规则几何外形具有规则几何外形u 具有固定的熔点具有固定的熔点 u 具有各向异性具有各向异性 呈不规则的排列呈不规则的排列 无固定熔点无固定熔点 具有各向同性具有各向同性熔点熔点晶体晶体非晶体非晶体时间时间温温度度晶体和非晶体的熔化曲线晶体和非晶体的熔化曲线本讲稿第二页，共二十八页原子（离子）的刚球模型原子（离子）的刚球模型原子中心位置原子中心位置二、二、晶体结构晶体结构本讲稿第三页，共二十八页晶胞晶胞点阵（晶格）模型点阵（晶格）模型晶格晶格本讲稿第四页，共二十八页晶胞晶胞XYZabc晶格常数a，b，c 本讲稿第五页，共二十八页XYZabc晶面晶面通过原子中心的平面通过原子中心的平面晶向晶向通过原子中心的直线所指的方向通过原子中心的直线所指的方向XYZabc本讲稿第六页，共二十八页各向异性各向异性不同晶面或晶向上原子密度不同引起不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象性能不同的现象XYZXYZ本讲稿第七页，共二十八页1 1、体心立方晶格、体心立方晶格 bccbcc-Fe-Fe、W W、V V、Mo Mo 等等三、常见的金属晶体结构三、常见的金属晶体结构本讲稿第八页，共二十八页体心立方体心立方晶胞晶胞晶格常数：晶格常数：a=b=ca=b=c；=90=90 晶胞原子数：晶胞原子数：致密度：致密度：0.680.68XYZabc2r2raa2 2原子半径：原子半径：致密度致密度=Va/Vc，其中其中Vc:晶胞体积晶胞体积a3 Va:原子总体积原子总体积2 4 r3/3本讲稿第九页，共二十八页2 2、面心立方晶格、面心立方晶格 fccfcc-Fe-Fe、CuCu、AlAl、AuAu、AgAg、NiNi、PbPb等等本讲稿第十页，共二十八页面心立方面心立方晶胞晶胞晶格常数：晶格常数：a=b=ca=b=c；=90=90 晶胞原子数：晶胞原子数：致密度：致密度：0.740.74XYZabc密排方向密排方向原子半径：原子半径：4 4本讲稿第十一页，共二十八页3 3、密排六方晶格、密排六方晶格 hcphcpC C（石墨）、石墨）、MgMg、Zn Zn 等等晶格常数晶格常数底面边长底面边长a a底面间距底面间距c c侧面间角侧面间角120120 侧面与底面夹角侧面与底面夹角9090 晶胞原子数：晶胞原子数：6 6原子半径：原子半径：a/2致密度：致密度：0.740.74本讲稿第十二页，共二十八页五、实际金属中的晶体缺陷五、实际金属中的晶体缺陷1 1、实际金属晶体结构与理想结构的偏离、实际金属晶体结构与理想结构的偏离单晶体：内部晶格位向完全一致单晶体：内部晶格位向完全一致的晶体（理想晶体）。如单晶的晶体（理想晶体）。如单晶SiSi半导体。半导体。多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。晶粒（单晶体）晶粒（单晶体）本讲稿第十三页，共二十八页1 1）点缺陷）点缺陷如果间隙原子是其它元素就称为如果间隙原子是其它元素就称为异类原子异类原子（杂质原子）（杂质原子）空位 间隙原子2 2、晶体缺陷类型、晶体缺陷类型本讲稿第十四页，共二十八页2 2）线缺陷）线缺陷 刃型位错刃型位错上刃位错 下刃位错 本讲稿第十五页，共二十八页3 3）面缺陷）面缺陷晶粒（单晶体）晶粒（单晶体）晶界晶界本讲稿第十六页，共二十八页亚晶界亚晶界亚晶界面缺陷引起晶格畸变，面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高强度和塑性越高本讲稿第十七页，共二十八页一、纯金属的结晶条件一、纯金属的结晶条件晶体晶体液体液体结晶结晶结晶：结晶：液体液体-晶体晶体凝固：凝固：液体液体-固体（晶体固体（晶体 或或 非晶体）非晶体）第二节第二节 纯金属的结晶纯金属的结晶本讲稿第十八页，共二十八页冷却曲线冷却曲线tTT0Tn理论结晶温度理论结晶温度开始结晶温度开始结晶温度 T过冷度过冷度T=T 0 -T n纯金属结晶的条件就是应纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度当有一定的过冷度（克服克服界面能）界面能）本讲稿第十九页，共二十八页T10，固态金属处于稳定态，结晶自发进行；，固态金属处于稳定态，结晶自发进行；T2T0，E0E-强度、硬度、塑性、韧性强度、硬度、塑性、韧性固溶强化固溶强化-强度、硬度强度、硬度，塑性、韧性，塑性、韧性本讲稿第二十四页，共二十八页1 1）提高过冷度）提高过冷度形核率形核率N、长大速度长大速度v 与与 过冷度过冷度T 的关系的关系Tv，NvN2、细化晶粒的措施、细化晶粒的措施提高过冷度的主要办法是提高液体金属的冷却速度提高过冷度的主要办法是提高液体金属的冷却速度铸造中通过降低浇铸温度、减小铸型温度升高的速度铸造中通过降低浇铸温度、减小铸型温度升高的速度（一般用导热系数大的金属铸型代替砂型）来提高冷却速度（一般用导热系数大的金属铸型代替砂型）来提高冷却速度本讲稿第二十五页，共二十八页2 2）变质处理）变质处理在液体金属中加入变质剂在液体金属中加入变质剂(孕育剂孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。变质剂的作用变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。3 3）振动结晶）振动结晶振动的作用：振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。本讲稿第二十六页，共二十八页四、同素异构转变四、同素异构转变金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现象。金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现象。纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变-Fe，bcc -Fe，fcc -Fe，bcc1394 C912 C-Fe，fcc-Fe，bcc912 C本讲稿第二十七页，共二十八页纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线Tt15381394912-Fe，bcc-Fe，bcc-Fe，fccCooling curve770铁磁性铁磁性 重结晶重结晶 较大内应力较大内应力 热处理的基础热处理的基础本讲稿第二十八页，共二十八页