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第二章纯金属与合金的基本知识本讲稿第一页，共十五页第一节 纯金属与合金的晶体结构 一、纯金属的晶体结构晶体与非晶体。晶体：指在其内部原子按一定几何规律作有规则的周期性排列的物质。各向异性。非晶体：内部的原子是无规则地堆积在一起。各向同性。（一）晶格晶格：用以描述原子在晶体中排列形式的空间格架（二）晶胞晶胞：能够完全反映晶格结构特征的最小的几何单元。本讲稿第二页，共十五页（三）金属中常见的晶格类型1.体心立方晶格a=b=c，=90，体心立方晶格结构的金属-Fe、Cr、W、Mo、V等。2.面心立方晶格a=b=c，=90，面心立方晶格的金属有-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。3.密排六方晶格a=bc，=90，=120，密排六方晶格的金属有Mg、Zn、Cd、Be等。致密度：体心立方晶格的致密度为68；面心立方晶格和密排六方晶格的致密度均为74。本讲稿第三页，共十五页二、纯金属的实际晶体结构（一）多晶体结构晶粒、晶界、显微组织（二）晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。1.点缺陷 空位和间隙原子2.线缺陷位错。刃型位错金属强度与位错密度的关系3.面缺陷晶界和亚晶界。晶粒大小与金属力学性能之间的关系。本讲稿第四页，共十五页三、合金的晶体结构（一）合金的基本概念合金：由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）组成的，具有金属特性的物质。组元合金系相组织（二）合金的相结构固态下的相结构：固溶体、金属化合物。1.固溶体合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相。固溶体的分类：置换固溶体和间隙固溶体。本讲稿第五页，共十五页（1）置换固溶体无限固溶体、有限固溶体。（2）间隙固溶体 间隙固溶体都是有限固溶体。形成间隙固溶体的条件：r溶质/r溶剂0.59。固溶强化。2.金属化合物金属化合物的晶格类型和性能完全不同于任一组元。金属化合物的性能：高熔点、硬度和稳定性，但脆性较大。弥散强化。本讲稿第六页，共十五页第二节 纯金属与合金的结晶 结晶：金属与合金由液态转变为固态晶体的过程中。一、纯金属的结晶过程（一）冷却曲线和过冷现象纯金属的冷却曲线。过冷现象：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差：TT0Tn本讲稿第七页，共十五页（二）纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程：晶核的不断形成和长大的过程。枝晶（三）金属晶粒大小与控制金属晶粒的大小对常温下金属的强度、塑性和韧性的影响。影响金属结晶后晶粒的大小的因素：形核率N和长大速率G。在工业生产中，常采用以下方法：1.增大过冷度2.变质处理3.附加振动 本讲稿第八页，共十五页 二、合金的结晶与二元合金相图 合金相图：表示在平衡状态下（缓慢冷却或缓慢加热条件下），合金的组成相、温度、成分三者之间关系的图形。又称为合金平衡图或合金状态图。（一）合金的结晶合金的冷却曲线（二）二元合金相图1.二元合金相图的表示方法2.二元合金相图的建立 本讲稿第九页，共十五页（三）二元合金相图的基本类型及应用二元匀晶相图和二元共晶相图。1.二元匀晶相图 二元合金系中，两组元在液态和固态下均可以任何比例相互溶解所构成的合金相图。（1）相图分析（2）合金冷却过程分析 本讲稿第十页，共十五页（3）杠杆定律作用 确定任一成分的合金在某一温度下，两个平衡相的化学成分和每个的相对量。两平衡相成分的确定本讲稿第十一页，共十五页两平衡相相对量的确定 mLmmmLx1%mx2%mx%液、固两相的相对量（4）枝晶偏析 本讲稿第十二页，共十五页2.二元共晶相图 凡是在二元合金系中两组元在液态能完全互溶，而固态下相互有限溶解或是不溶，并发生共晶转变的相图。如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Au-Cu等。（1）相图分析Pb-Sn二元共晶合金相图。特性点、特性线共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两种成分不同固相的转变。本讲稿第十三页，共十五页（2）典型Pb-Sn合金的冷却过程分析合金（E、D点之间的合金）二次（或次生相），用表示。合金冷却到室温时的组织为。成分位于FG点之间的合金，室温的组织为。合金（C点的合金）共晶合金，室温组织为（）共晶体。合金（C、E点之间的合金）亚共晶合金室温组织为初生+（）。合金（C、F点之间的合金）过共晶合金室温的组织为初生（）。（3）合金的相组分与组织组分 本讲稿第十四页，共十五页三、合金性能与相图间的关系（一）合金力学性能与相图的关系（二）锻压性能与相图的关系（三）合金铸造性能与相图的关系（四）切削加工性能与相图的关系本讲稿第十五页，共十五页