1金属的晶体结构-2.ppt

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1、机械工程材料机械工程材料材料学院材料学院 范广新范广新1复习与回顾v材料结合键的种类材料结合键的种类v晶格、晶胞等基本概念、致密度、配位数。晶格、晶胞等基本概念、致密度、配位数。v常见金属的晶体结构类型常见金属的晶体结构类型vMiller指数标定方法、步骤。指数标定方法、步骤。v晶体与非晶体的本质区别晶体与非晶体的本质区别v单晶体与多晶体（各向异性、各向同性）单晶体与多晶体（各向异性、各向同性）21-2 实际金属晶体的缺陷实际金属晶体的缺陷晶体缺陷晶体缺陷晶体缺陷晶体缺陷定义定义定义定义分类分类分类分类点缺陷点缺陷点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷面缺陷面缺陷缺陷对材料性能的影响

2、缺陷对材料性能的影响缺陷对材料性能的影响缺陷对材料性能的影响3晶体缺陷晶体缺陷vv实际金属不是理想完美的单晶体实际金属不是理想完美的单晶体实际金属不是理想完美的单晶体实际金属不是理想完美的单晶体,结构中存在结构中存在结构中存在结构中存在有许多不同类型的缺陷。有许多不同类型的缺陷。有许多不同类型的缺陷。有许多不同类型的缺陷。vv晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而出现晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而出现晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而出现晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而出现不完整性的区域，称为晶体缺陷。不完整性的区域，称为晶体缺陷。不完整性的区域，称为晶体缺陷。不完整性的区域，称为晶

3、体缺陷。4一一.点缺陷：点缺陷：1.1.空位（空穴）空位（空穴）空位（空穴）空位（空穴）无原子的结点无原子的结点无原子的结点无原子的结点 2.2.间隙原子间隙原子间隙原子间隙原子 位于晶格间隙位于晶格间隙位于晶格间隙位于晶格间隙3.3.置换原子置换原子置换原子置换原子空间三维尺寸都很小的缺陷。空间三维尺寸都很小的缺陷。空位空位间隙原子间隙原子置换原子置换原子5vv影响：影响：影响：影响：点缺陷会使邻近原子相互间的作用失去平衡，影响周围原点缺陷会使邻近原子相互间的作用失去平衡，影响周围原点缺陷会使邻近原子相互间的作用失去平衡，影响周围原点缺陷会使邻近原子相互间的作用失去平衡，影响周围原子的正常排

4、列，造成晶格的局部弹性子的正常排列，造成晶格的局部弹性子的正常排列，造成晶格的局部弹性子的正常排列，造成晶格的局部弹性畸变。畸变。畸变。畸变。vv导致强度、电阻率升高；并对扩散和相变过程有很大的影响。导致强度、电阻率升高；并对扩散和相变过程有很大的影响。导致强度、电阻率升高；并对扩散和相变过程有很大的影响。导致强度、电阻率升高；并对扩散和相变过程有很大的影响。6二二.线缺陷线缺陷主要指位错主要指位错 刃型位刃型位刃型位刃型位错错错错 正刃型位正刃型位正刃型位正刃型位错错错错 负负负负刃型位刃型位刃型位刃型位错错错错 分分分分类类类类螺型位螺型位螺型位螺型位错错错错 左螺型位左螺型位左螺型位左螺

5、型位错错错错右螺型位右螺型位右螺型位右螺型位错错错错1.1.定义：有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。定义：有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。定义：有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。定义：有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。7（1）刃型位错）刃型位错（2）螺型位错）螺型位错位错线：位错线：位错线：位错线：实际上是晶体中已滑移区与未滑移区在实际上是晶体中已滑移区与未滑移区在实际上是晶体中已滑移区与未滑移区在实际上是晶体中已滑移区与未滑移区在 滑移面上的交线。滑移面上的交线。滑移面上的交线。滑移面上的交线。8不锈钢中的位错线不锈钢中的位错线不锈钢中的位错线不锈钢中的位错线注意注

6、意注意注意：位错线不一定是直线。位错线周围原子排：位错线不一定是直线。位错线周围原子排：位错线不一定是直线。位错线周围原子排：位错线不一定是直线。位错线周围原子排列规律被打乱，晶格发生严重畸变。列规律被打乱，晶格发生严重畸变。列规律被打乱，晶格发生严重畸变。列规律被打乱，晶格发生严重畸变。9位错对材料的影响位错对材料的影响v位错线周围原子的排列规律被打乱，晶格发生较严重的畸变。位错线周围原子的排列规律被打乱，晶格发生较严重的畸变。v位错的存在对金属的位错的存在对金属的力学性能力学性能、物理性能物理性能和和化学性能化学性能以及以及塑塑性变形性变形、扩散扩散、相变相变等许多过程都有重要影响。等许多

7、过程都有重要影响。101Cr171Cr17不锈钢的多晶体不锈钢的多晶体不锈钢的多晶体不锈钢的多晶体 晶界晶界晶界晶界原子原子原子原子排列的示意图排列的示意图排列的示意图排列的示意图 晶界：晶界：晶界：晶界：不同位向晶粒之间的过渡区不同位向晶粒之间的过渡区不同位向晶粒之间的过渡区不同位向晶粒之间的过渡区 i i，实际金属为多晶体，实际金属为多晶体，实际金属为多晶体，实际金属为多晶体,是由大量外形不规则的小晶体即晶粒组成的。是由大量外形不规则的小晶体即晶粒组成的。是由大量外形不规则的小晶体即晶粒组成的。是由大量外形不规则的小晶体即晶粒组成的。ii ii，每个晶粒基本上可视为单晶体，每个晶粒基本上可

8、视为单晶体，每个晶粒基本上可视为单晶体，每个晶粒基本上可视为单晶体.一般尺寸为一般尺寸为一般尺寸为一般尺寸为1010-5-51010-4-4 mm iii iii，所有晶粒的结构完全相同，所有晶粒的结构完全相同，所有晶粒的结构完全相同，所有晶粒的结构完全相同,但彼此之间的位向不同但彼此之间的位向不同但彼此之间的位向不同但彼此之间的位向不同,晶粒与晶粒晶粒与晶粒晶粒与晶粒晶粒与晶粒之之之之 间的接触界面叫做晶界。间的接触界面叫做晶界。间的接触界面叫做晶界。间的接触界面叫做晶界。IvIv，晶界在空中呈网状；晶界上原子的排列规则性较差。，晶界在空中呈网状；晶界上原子的排列规则性较差。，晶界在空中呈网

9、状；晶界上原子的排列规则性较差。，晶界在空中呈网状；晶界上原子的排列规则性较差。三三 面缺陷面缺陷:晶界晶界11晶粒不是完全理想的晶体，由许多位向相差很小的所谓亚晶粒不是完全理想的晶体，由许多位向相差很小的所谓亚晶粒不是完全理想的晶体，由许多位向相差很小的所谓亚晶粒不是完全理想的晶体，由许多位向相差很小的所谓亚晶粒组成的。晶粒内的亚晶粒又叫晶块晶粒组成的。晶粒内的亚晶粒又叫晶块晶粒组成的。晶粒内的亚晶粒又叫晶块晶粒组成的。晶粒内的亚晶粒又叫晶块(或嵌镶块或嵌镶块或嵌镶块或嵌镶块)。亚晶。亚晶。亚晶。亚晶粒之间的边界叫粒之间的边界叫粒之间的边界叫粒之间的边界叫亚晶界亚晶界亚晶界亚晶界。亚晶界是亚

10、晶界是亚晶界是亚晶界是位错规则排列位错规则排列位错规则排列位错规则排列的结构。的结构。的结构。的结构。亚晶界亚晶界亚晶界亚晶界三三 面缺陷面缺陷:亚晶界亚晶界12缺陷存在的意义缺陷存在的意义vv金属的晶粒越细，单位体积中晶界和亚晶界面积越大，金属金属的晶粒越细，单位体积中晶界和亚晶界面积越大，金属金属的晶粒越细，单位体积中晶界和亚晶界面积越大，金属金属的晶粒越细，单位体积中晶界和亚晶界面积越大，金属的强度越高，这就是金属的的强度越高，这就是金属的的强度越高，这就是金属的的强度越高，这就是金属的细晶强化。细晶强化。细晶强化。细晶强化。vv金属中晶体缺陷的存在是不可避免的，它破坏了晶体的完整金属中

11、晶体缺陷的存在是不可避免的，它破坏了晶体的完整金属中晶体缺陷的存在是不可避免的，它破坏了晶体的完整金属中晶体缺陷的存在是不可避免的，它破坏了晶体的完整性，对金属的力学性能、物理性能、化学性能以及许多变化性，对金属的力学性能、物理性能、化学性能以及许多变化性，对金属的力学性能、物理性能、化学性能以及许多变化性，对金属的力学性能、物理性能、化学性能以及许多变化过程都会产生影响。过程都会产生影响。过程都会产生影响。过程都会产生影响。vv改变改变改变改变缺陷的数量和分布，已成为改善金属性能缺陷的数量和分布，已成为改善金属性能缺陷的数量和分布，已成为改善金属性能缺陷的数量和分布，已成为改善金属性能的重要

12、途径。的重要途径。的重要途径。的重要途径。vv但，晶体缺陷的存在并不改变金属的晶体性质。但，晶体缺陷的存在并不改变金属的晶体性质。但，晶体缺陷的存在并不改变金属的晶体性质。但，晶体缺陷的存在并不改变金属的晶体性质。131-3 合金的相结构合金的相结构基本概念基本概念基本概念基本概念合金合金合金合金组元组元组元组元相相相相固溶体固溶体固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体固溶体特性固溶体特性固溶体特性固溶体特性化合物化合物化合物化合物金属间化合物的特性金属间化合物的特性金属间化合物的特性金属间化合物的特性正常价化合物正常价化合物正常价化合物正

13、常价化合物电子价化合物电子价化合物电子价化合物电子价化合物间隙化合物间隙化合物间隙化合物间隙化合物间隙化合物间隙化合物间隙化合物间隙化合物间隙相间隙相间隙相间隙相合金的相结构合金的相结构合金的相结构合金的相结构14一、一些基本概念一、一些基本概念v合金合金是指由两种或两种以上的金属元素与非金属元素经过是指由两种或两种以上的金属元素与非金属元素经过冶炼、烧结或用其它方法组合而成具有金属特性的物质冶炼、烧结或用其它方法组合而成具有金属特性的物质.v组元组元是组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。是组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。v多数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发

14、生分多数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元,如如Fe-C合合金中的金中的Fe3C。1-3 合金的相结构合金的相结构15相相：在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并：在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称之为相。与其它部分有界面分开的均匀组成部分称之为相。组织组织：合金的组织是指肉眼或借助于显微镜所观察到的合：合金的组织是指肉眼或借助于显微镜所观察到的合金的相组成及相的数量、形态、大小、分布特征。金的相组成及相的数量、形态、大小、分布特征。16固态合金中

15、的相，按其晶格结构的基本属性可分为固态合金中的相，按其晶格结构的基本属性可分为固溶体固溶体和和金属间化合物金属间化合物两大类两大类 1 固溶体固溶体 定义定义：合金结晶时若组元相互溶解所形成的固相晶体结构：合金结晶时若组元相互溶解所形成的固相晶体结构与组成与组成 合金的某一组元相同，则这类固相称为固溶体。合金的某一组元相同，则这类固相称为固溶体。溶剂：溶剂：固溶体中含量较多的组元称为溶剂，固溶体中含量较多的组元称为溶剂，溶质溶质：含量较少的组元称为溶质。：含量较少的组元称为溶质。表示方式表示方式：固溶体用：固溶体用、等符号表示。等符号表示。A、B组元组成组元组成的固溶体也可表示为的固溶体也可表

16、示为A(B),其中其中A为溶剂为溶剂,B为溶质。为溶质。二、固态合金中的相与分类二、固态合金中的相与分类171.按照溶质原子在溶剂晶格中的配置情况即所占的位置。按照溶质原子在溶剂晶格中的配置情况即所占的位置。（1）置换固溶体置换固溶体：置换固溶体是指溶质原子占据了溶剂原子晶格中：置换固溶体是指溶质原子占据了溶剂原子晶格中的某些节点位置而形成的固溶体。的某些节点位置而形成的固溶体。（2）间隙固溶体：间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。1.1、固溶体的分类182.按溶质按溶质原子在溶剂中的溶解原子在溶剂中的溶解能力能力(1)有限固溶体有限固溶

17、体：固溶体中溶质的含量即为固溶体的浓度，用质量分：固溶体中溶质的含量即为固溶体的浓度，用质量分数或摩尔分数表示。在一定温度和压力下，溶质在溶剂中的极限数或摩尔分数表示。在一定温度和压力下，溶质在溶剂中的极限浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。通常固溶体的溶解度是有限浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。通常固溶体的溶解度是有限的，这类固溶体称为有限固溶体。的，这类固溶体称为有限固溶体。(2）无限固溶体无限固溶体：溶质以任意比例溶入溶剂，即溶质溶解度可达：溶质以任意比例溶入溶剂，即溶质溶解度可达100%，则固溶体为无限固溶体，也称连续固溶体。，则固溶体为无限固溶体，也称连续固溶体。193.按溶质原子在固溶

18、体中分布的规律性按溶质原子在固溶体中分布的规律性(1)有序固溶体：有序固溶体：少数合金在一定条件下，溶质原子会以少数合金在一定条件下，溶质原子会以一定比例按一定规律分布在溶剂晶格结点上，这种固一定比例按一定规律分布在溶剂晶格结点上，这种固溶体称为有序固溶体。溶体称为有序固溶体。(2)无序固溶体：无序固溶体：溶质原子随机地分布于溶剂晶格中形成溶质原子随机地分布于溶剂晶格中形成的固溶体为无序固溶体。的固溶体为无序固溶体。201.2 影响固溶体溶解度的因素 1）原子尺寸：溶质原子与溶剂的原子尺寸差别越小，越易）原子尺寸：溶质原子与溶剂的原子尺寸差别越小，越易形成置换式固溶体，且溶解度大。形成置换式固

19、溶体，且溶解度大。2）晶体结构：晶格类型相同是形成无限固溶体的必要条件）晶体结构：晶格类型相同是形成无限固溶体的必要条件3）负电性：负电性相差很大时易形成化合物；）负电性：负电性相差很大时易形成化合物；4）电子浓度：溶剂的价电子浓度）电子浓度：溶剂的价电子浓度则溶解度则溶解度。211.3固溶体的特性v晶格畸变晶格畸变v固溶强化固溶强化通过形成固溶体使金属强度和通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。硬度提高的现象称为固溶强化。222.金属间化合物金属间化合物金属间化合物 两组元两组元A和和B组成合金时，除了能形成以组成合金时，除了能形成以A或或B为基的固溶体为基的固溶体外，还可能

20、形成晶体结构与外，还可能形成晶体结构与A或或B组元均不相同的新相，这类相常组元均不相同的新相，这类相常位于相图的中间位置，故通常称之为位于相图的中间位置，故通常称之为中间相中间相。一般可用分子式一般可用分子式AxBy大致表示。例如碳钢中的大致表示。例如碳钢中的Fe3C，黄铜中，黄铜中的的CuZn(相相)及铝合金中的及铝合金中的CuAl2(相相)等。等。这类相均具有相当程度的金属键以及一定的金属特性，故又称这类相均具有相当程度的金属键以及一定的金属特性，故又称为为金属间化合物金属间化合物。233.间隙化合物间隙化合物由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等

21、原子半径较小的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。尺寸较大尺寸较大的过渡族元素原子的过渡族元素原子占据晶格的结点占据晶格的结点位置，尺寸较小的位置，尺寸较小的非金属原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。非金属原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。根据非金属元素（根据非金属元素（X）与过渡族金属元素（）与过渡族金属元素（M）原子半）原子半径的比值，可将其分为两类。径的比值，可将其分为两类。24 1).当当rx/rM 0.59时，时，形成形成间隙相间隙相。金属原子形成与其本身。金属原子形成与其本身晶格类型不同的一种新结构，非金属原子处于晶格的间晶格类型不同的一种新结构

22、，非金属原子处于晶格的间隙中。隙中。2).当当rx/rM 0.59，间隙化合物，间隙化合物。其晶体结构都很复杂，。其晶体结构都很复杂，有的一个晶胞中就含有几十个到上百个原子。有的一个晶胞中就含有几十个到上百个原子。铬、锰、铁、钴的碳化物及铁的硼化物均属此类，如在合金钢中铬、锰、铁、钴的碳化物及铁的硼化物均属此类，如在合金钢中常见的有常见的有M3C型（如型（如Fe3C），），M7C3型（如型（如Cr7C3），），M23C6型型（如（如Cr23C6）和）和M6C型（如型（如Fe3W3C、Fe4W2C(Fe3C)-正交晶系等。正交晶系等。其中其中Fe3C是钢中的一种基本相也是重要的间隙化合物，称为渗

23、碳是钢中的一种基本相也是重要的间隙化合物，称为渗碳体，其晶体结构属正交晶系体，其晶体结构属正交晶系 25间隙相（间隙相（间隙相（间隙相（VC)VC)复杂结构的间隙化合物复杂结构的间隙化合物复杂结构的间隙化合物复杂结构的间隙化合物(Fe(Fe3 3C)C)264 金属间化合物的特性金属间化合物的特性 金属间化合物种类繁多，晶体结构或简单或复杂。金属间化合物种类繁多，晶体结构或简单或复杂。但它们都具有但它们都具有共同的特性共同的特性：高的熔点，高的熔点，高的化学稳定性高的化学稳定性 高的硬度高的硬度 较大的室温脆性等。较大的室温脆性等。当合金中出现金属间化合物时，通常能提高合金的强当合金中出现金属

24、间化合物时，通常能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但也会使其塑性和韧性降低。度、硬度和耐磨性，但也会使其塑性和韧性降低。常将金属间化合物作为重要的强化相，而不作为基体相。常将金属间化合物作为重要的强化相，而不作为基体相。27第三节 合金的组织合金的组织合金的组织概念：观察到的合金的相组成及相的数量、概念：观察到的合金的相组成及相的数量、形态、大小、分布特征。形态、大小、分布特征。分类分类单相组织单相组织双相组织双相组织多相组织多相组织两晶组成（共晶、共析组织）两晶组成（共晶、共析组织）弥散型两相组织弥散型两相组织聚合型两相组织（两种块状组织组成聚合型两相组织（两种块状组织组成 非晶非晶+晶相）晶

25、相）281-4 金属的结晶与铸锭金属的结晶与铸锭vv金属由液态转变为固态的过程称为金属由液态转变为固态的过程称为金属由液态转变为固态的过程称为金属由液态转变为固态的过程称为凝固凝固凝固凝固vv固态金属是晶体，故又把凝固称为固态金属是晶体，故又把凝固称为固态金属是晶体，故又把凝固称为固态金属是晶体，故又把凝固称为结晶结晶结晶结晶。291-4 金属的结晶与铸锭金属的结晶与铸锭结晶结晶与铸锭与铸锭结晶结晶理论理论过程过程条件条件规律规律晶核的形成晶核的形成自发形核自发形核非自发形核非自发形核 晶核的长大晶核的长大枝晶生长中的干扰枝晶生长中的干扰结晶后晶粒大结晶后晶粒大小及控制小及控制铸锭的铸锭的组织

26、组织铸锭的结晶铸锭的结晶铸锭的组织与性能铸锭的组织与性能铸锭缺陷铸锭缺陷30T Tmm是金属的熔点，在金属学中常称为是金属的熔点，在金属学中常称为理论结晶温度理论结晶温度，T Ti i是是实际结晶温度实际结晶温度。坩埚金属热电耦热温仪表1 1 1 1 金属结晶的条件金属结晶的条件金属结晶的条件金属结晶的条件TmTiD DT T时间时间温温度度1 1）结晶热力学条件：）结晶热力学条件：）结晶热力学条件：）结晶热力学条件：2 2）结构条件：）结构条件：）结构条件：）结构条件：3 3）能量条件：）能量条件：）能量条件：）能量条件：31 一定过冷度的存在是金属结晶一定过冷度的存在是金属结晶的必要条件。

27、的必要条件。i i，过冷度并不是一个恒定的值，过冷度并不是一个恒定的值，与金属的性质、冷却速度和液态与金属的性质、冷却速度和液态 金属的纯度等有关。金属的纯度等有关。ii ii，同一金属从液态冷却时，冷却，同一金属从液态冷却时，冷却 速度越大，实际结晶温度越低。速度越大，实际结晶温度越低。iii iii，过冷度越大，结晶越容易进行，过冷度越大，结晶越容易进行2 2 2 2 金属结晶的过冷现象金属结晶的过冷现象金属结晶的过冷现象金属结晶的过冷现象过冷度过冷度实际结晶温度实际结晶温度T T与理论结晶温度与理论结晶温度T T0 0的差的差 T=TT=T0 0-T-T 。32金属金属的结晶的结晶过程过

28、程3 3 结晶的基本规律结晶的基本规律结晶的基本规律结晶的基本规律 金属的结晶有两个基本过程：金属的结晶有两个基本过程：金属的结晶有两个基本过程：金属的结晶有两个基本过程：晶核的形成晶核的形成晶核的形成晶核的形成 晶粒长大。晶粒长大。晶粒长大。晶粒长大。i i，就单个晶粒，先形核后长大，两个阶段，就单个晶粒，先形核后长大，两个阶段，就单个晶粒，先形核后长大，两个阶段，就单个晶粒，先形核后长大，两个阶段ii ii，对整个铸锭，形核和长大同时进行，对整个铸锭，形核和长大同时进行，对整个铸锭，形核和长大同时进行，对整个铸锭，形核和长大同时进行IiiIii，结晶过程中速度变化：慢，结晶过程中速度变化：

29、慢，结晶过程中速度变化：慢，结晶过程中速度变化：慢 快快快快 慢慢慢慢 333.1 3.1 晶核的形成与长大晶核的形成与长大晶核的形成与长大晶核的形成与长大1)1)晶核的形成：晶核的形成：晶核的形成：晶核的形成：晶核的形成有自发和非自发之分。晶核的形成有自发和非自发之分。晶核的形成有自发和非自发之分。晶核的形成有自发和非自发之分。2)2)晶核的长大：晶核的长大：晶核的长大：晶核的长大：宏观长大的方式有：平面长大和树枝状长大方式。宏观长大的方式有：平面长大和树枝状长大方式。宏观长大的方式有：平面长大和树枝状长大方式。宏观长大的方式有：平面长大和树枝状长大方式。平面平面平面平面长大长大长大长大树枝

30、树枝树枝树枝状长大状长大状长大状长大实际金属结晶时，多以树枝状长大：过冷度大、杂质、散热部位。实际金属结晶时，多以树枝状长大：过冷度大、杂质、散热部位。实际金属结晶时，多以树枝状长大：过冷度大、杂质、散热部位。实际金属结晶时，多以树枝状长大：过冷度大、杂质、散热部位。34光滑界面示意图光滑界面示意图Si,Ge以及金属间化合物、碳化物、氧化物等多为光滑界面长大，以及金属间化合物、碳化物、氧化物等多为光滑界面长大，在显微组织上表现为明显的有棱角的小平面界面形貌在显微组织上表现为明显的有棱角的小平面界面形貌。si35Al-Si合金合金金属及合金多属此类生长金属及合金多属此类生长 粗糙界面示意图粗糙界

31、面示意图364.晶粒的大小及控制晶粒的大小及控制 金属结晶后，晶粒大小对金属的力学性能影响很大。金属结晶后，晶粒大小对金属的力学性能影响很大。金属结晶后，晶粒大小对金属的力学性能影响很大。金属结晶后，晶粒大小对金属的力学性能影响很大。（1 1）晶粒大小：用单位面积上的晶粒数目，或晶粒平均大小表示。晶粒大小：用单位面积上的晶粒数目，或晶粒平均大小表示。晶粒大小：用单位面积上的晶粒数目，或晶粒平均大小表示。晶粒大小：用单位面积上的晶粒数目，或晶粒平均大小表示。（2 2）室温下，晶粒越小）室温下，晶粒越小）室温下，晶粒越小）室温下，晶粒越小,则金属的强度、硬度、塑性和韧性越好。则金属的强度、硬度、塑

32、性和韧性越好。则金属的强度、硬度、塑性和韧性越好。则金属的强度、硬度、塑性和韧性越好。（3 3）高温下，粗晶粒金属比细晶金属有更高的强度。）高温下，粗晶粒金属比细晶金属有更高的强度。）高温下，粗晶粒金属比细晶金属有更高的强度。）高温下，粗晶粒金属比细晶金属有更高的强度。（4 4）工业上，可根据用途不同，控制晶粒大小。）工业上，可根据用途不同，控制晶粒大小。）工业上，可根据用途不同，控制晶粒大小。）工业上，可根据用途不同，控制晶粒大小。细晶强化：细晶强化：细晶强化：细晶强化：在一般情况下在一般情况下在一般情况下在一般情况下,工程上晶粒细化工程上晶粒细化工程上晶粒细化工程上晶粒细化,是提高金属是提

33、高金属是提高金属是提高金属机械性能的方法。是提高金属性能的重要途径之一。机械性能的方法。是提高金属性能的重要途径之一。机械性能的方法。是提高金属性能的重要途径之一。机械性能的方法。是提高金属性能的重要途径之一。37成核速率、长大速度与过冷度的关系成核速率、长大速度与过冷度的关系如何控制晶粒？如何控制晶粒？如何控制晶粒？如何控制晶粒？vv单位体积中的单位体积中的单位体积中的单位体积中的晶核数目晶核数目晶核数目晶核数目Z Z与与与与形核形核形核形核率率率率N N及及及及长大速度长大速度长大速度长大速度GG的关系的关系的关系的关系 Z=0.9（N/G）3/4 晶粒细化方法：晶粒细化方法：增大过冷度增

34、大过冷度增大过冷度增大过冷度T T 变质处理变质处理变质处理变质处理 振动、搅拌振动、搅拌振动、搅拌振动、搅拌385.金属铸锭的组织金属铸锭的组织1 1）金属铸锭的结晶组织与性能）金属铸锭的结晶组织与性能）金属铸锭的结晶组织与性能）金属铸锭的结晶组织与性能 (1)(1)细小等轴晶区细小等轴晶区细小等轴晶区细小等轴晶区（力学性能最好）（力学性能最好）（力学性能最好）（力学性能最好）(2)(2)柱状晶区柱状晶区柱状晶区柱状晶区 （有脆性界面（有脆性界面（有脆性界面（有脆性界面 易开裂）易开裂）易开裂）易开裂）(3)(3)粗大等轴晶区粗大等轴晶区粗大等轴晶区粗大等轴晶区 （无明显弱面（无明显弱面（无

35、明显弱面（无明显弱面 组织较疏松）组织较疏松）组织较疏松）组织较疏松）铸锭组织铸锭组织铸锭组织铸锭组织 生产中，可根据金属的性质、外来杂质和具体熔铸条件的不同，采取不生产中，可根据金属的性质、外来杂质和具体熔铸条件的不同，采取不生产中，可根据金属的性质、外来杂质和具体熔铸条件的不同，采取不生产中，可根据金属的性质、外来杂质和具体熔铸条件的不同，采取不同的措施，调整和控制柱状晶区和中心等轴晶区的厚度，甚至得到只有同的措施，调整和控制柱状晶区和中心等轴晶区的厚度，甚至得到只有同的措施，调整和控制柱状晶区和中心等轴晶区的厚度，甚至得到只有同的措施，调整和控制柱状晶区和中心等轴晶区的厚度，甚至得到只有

36、一个晶区的铸锭组织。一个晶区的铸锭组织。一个晶区的铸锭组织。一个晶区的铸锭组织。392）铸锭缺陷）铸锭缺陷 缩孔：凝固时体积发生收缩而形成的铸件缺陷。缩孔：凝固时体积发生收缩而形成的铸件缺陷。缩孔：凝固时体积发生收缩而形成的铸件缺陷。缩孔：凝固时体积发生收缩而形成的铸件缺陷。孔洞大而集中，所以又称为孔洞大而集中，所以又称为孔洞大而集中，所以又称为孔洞大而集中，所以又称为“集中缩孔集中缩孔集中缩孔集中缩孔“。缩松：也是凝固时体积发生收缩而形成的铸件缺陷。缩松：也是凝固时体积发生收缩而形成的铸件缺陷。缩松：也是凝固时体积发生收缩而形成的铸件缺陷。缩松：也是凝固时体积发生收缩而形成的铸件缺陷。孔洞细

37、小而分散，又称为孔洞细小而分散，又称为孔洞细小而分散，又称为孔洞细小而分散，又称为“分散缩孔分散缩孔分散缩孔分散缩孔”。它的存在严重影响了整个铸锭的致密度。它的存在严重影响了整个铸锭的致密度。它的存在严重影响了整个铸锭的致密度。它的存在严重影响了整个铸锭的致密度。气孔：溶解的气体来不及排除而滞留在铸件内形成气孔。气孔：溶解的气体来不及排除而滞留在铸件内形成气孔。气孔：溶解的气体来不及排除而滞留在铸件内形成气孔。气孔：溶解的气体来不及排除而滞留在铸件内形成气孔。其他：裂纹、非金属夹杂物、偏析其他：裂纹、非金属夹杂物、偏析其他：裂纹、非金属夹杂物、偏析其他：裂纹、非金属夹杂物、偏析etc.etc.主要缺陷种类主要缺陷种类 4041小节v1.晶体的缺陷种类？v2.晶体的相结构？v3.金属的凝固过程?v4.变质处理、固溶体、过冷度。42