1.2 金属的结构与结晶
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02第二章金属的晶体结构与结晶金属晶体结构和结晶是金属学中非常重要的基础知识。
金属的晶体结构是指金属中原子或离子的排列方式,金属的结晶则是指金属从液态或气态转变为固态时,原子或离子按照一定的方式排列形成的晶体。
金属的晶体结构主要有两种:面心立方结构(FCC)和体心立方结构(BCC)。
在面心立方结构中,原子或离子处于正方形的面心位置和体心位置,形成紧密堆积的结构;在体心立方结构中,原子或离子处于正方形的面心位置和立方体中心位置,形成简单堆积的结构。
面心立方结构的特点是具有最高的密度,原子间的相互作用较强,因此具有较高的熔点和较好的导电性能。
典型的面心立方结构金属有铜、铝等。
体心立方结构的特点是具有较低的密度和较大的晶胞,原子间的相互作用较弱,因此具有较低的熔点和较差的导电性能。
典型的体心立方结构金属有铁、钨等。
金属的结晶过程分为凝固和晶体形核两个阶段。
凝固是指金属从液态或气态转变为固态的过程,形核则是指随着温度降低和原子间相互作用增强,形成新的晶胞。
金属的凝固过程受到多种因素的影响,如对流、缺陷和晶界等。
对流是指液态金属在凝固过程中的流动,容易形成非均匀结构;缺陷是指晶体中存在的原子空位或附加原子,对晶体性能有重要影响;晶界是指两个晶粒之间的边界,是金属中弹性较差区域。
金属的结晶方式主要有四种:脱溶结晶、化学结晶、物理结晶和相变结晶。
脱溶结晶是指金属从液态中直接凝固形成晶体,常见于无机盐的结晶;化学结晶是指金属通过化学反应形成固态产物,如金属氧化物的结晶;物理结晶是指金属通过物理方法产生晶体结构,如高温下的拉拔;相变结晶是指金属在相变点附近由液态转变为固态的结晶方式,如冶金过程中的凝固。
金属的晶体结构和结晶对金属的性能和应用有重要影响。
不同的晶体结构和结晶方式会影响金属的导电性、强度、延展性和热处理能力等性能。
因此,深入了解金属的晶体结构和结晶对于金属学的研究和应用具有重要意义。
金属的结构与结晶教案第一章:金属的结构1.1 金属原子的电子排布解释金属原子的电子排布特点,如自由电子的存在。
通过图示展示金属原子的电子排布。
1.2 金属键描述金属键的形成和特点,如金属原子之间的电子云共享。
使用模型或图示来解释金属键的概念。
1.3 金属的晶体结构介绍金属的晶体结构类型,如面心立方、体心立方和简单立方结构。
利用图示和实物模型来展示不同晶体结构的特点。
第二章:金属的结晶2.1 结晶过程解释金属结晶的过程,包括成核和生长阶段。
讨论影响结晶速率和晶体生长的因素。
2.2 晶粒大小和形状探讨晶粒大小和形状对金属性能的影响。
解释晶粒生长和晶界迁移的概念。
2.3 晶界的性质描述晶界的特点和性质,如晶界的能量和原子排列。
探讨晶界对金属性能的影响。
第三章:金属的塑性变形3.1 滑移机制解释金属塑性变形的滑移机制,如位错滑移。
使用图示和模型展示位错滑移的过程。
3.2 塑性变形的条件讨论金属发生塑性变形的条件,如应力、温度和晶体结构。
分析不同晶体结构对塑性变形的影响。
3.3 塑性变形的织构形成探讨塑性变形过程中织构的形成和变化。
解释织构对金属性能的影响。
第四章:金属的热处理4.1 退火处理解释退火处理的目的和过程,如消除晶界和改善塑性。
讨论退火处理对金属性能的影响。
4.2 固溶处理描述固溶处理的方法和目的,如提高金属的强度和硬度。
使用图示展示固溶处理过程中原子分布的变化。
4.3 时效处理解释时效处理的过程和作用,如形成沉淀相和提高金属的性能。
分析时效处理对金属性能的影响。
第五章:金属的腐蚀与防护5.1 腐蚀类型介绍金属腐蚀的类型,如均匀腐蚀、点蚀和腐蚀疲劳。
使用图示和实例来区分不同类型的腐蚀。
5.2 腐蚀原因讨论金属腐蚀的原因,如化学反应、电化学反应和微生物作用。
分析腐蚀过程的基本原理。
5.3 防护方法探讨金属腐蚀的防护方法,如涂层、阴极保护和腐蚀抑制剂。
解释各种防护方法的原理和应用。
第六章:金属的机械性能6.1 强度与韧性解释金属的强度和韧性概念。
金属材料绪论1、金属:由单一元素组成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质。
如:金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。
2、合金:是指由一种金属元素与其它金属元素或非金属元素通过熔炼或其它方法合成的具有金属特性的材料。
3、金属材料是金属及其合金的总称。
4、材料的成分和热处理决定其组织,组织决定其性能,性能决定用途。
第一章金属的结构与结晶§1-1金属的晶体结构1、自然界中绝大多数固态物质是晶体,少数为非晶体。
所有金属都是晶体。
2、晶体:原子呈有序,有规则排列的物质。
例:所有金属,石英,云母,明矾,食盐,糖,味精,硫酸铜。
晶体的性能特点:有规则的几何形状;有固定的熔点;各向异性。
3、非晶体:原子呈无序,无规则堆积的物质。
例:玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶。
晶体的性能特点:有规则的几何形状;有固定的熔点;各向异性。
4、晶格:能反映原子排列规律的空间格架。
晶胞:能完整反映晶体晶格特征的最小几何单元。
5、晶格类型体心立方晶格α—Fe 、钨(W)、钼(Mo)晶格类型面心立方晶格γ—Fe、金(Au)、银(Ag)、铜、铝、密排六方晶格镁、锌金刚石和石墨都是由碳原子组成,但由于晶格结构不同性能差异巨大。
6、金属由许多小晶粒组成,晶粒之间的交界称为晶界。
晶界越多金属材料的力学性能越好。
7、单晶体:只有一个晶粒组成的晶体。
单晶体必须人为制造。
表现为各向异性。
多晶体:普通金属材料都是多晶体。
整个多晶体表现为各向同性。
8、晶体缺陷:晶体中原子紊乱排列的现象称为晶体缺陷。
它在塑性变形和热处理中起重要作用。
点缺陷:空位原子、间隙原子、置代原子晶体缺陷线缺陷:刃位错面缺陷:晶界、亚晶界§1-2 纯金属的结晶1、结晶:生产中金属的凝固过程就是结晶。
结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体(晶体)状态的过程。
结晶潜热:结晶过程中放出的热量称为结晶潜热。
2、过冷度:实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
过冷度与冷却速度有关 ,冷却速度越快过冷度越大。
金属的结构与结晶§1-1 金属的晶体结构★学习目的:了解金属的晶体结构★重点: 有关金属结构的基本概念:晶面、晶向、晶体、晶格、单晶体、晶体,金属晶格的三种常见类型。
★难点:金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
一、晶体与非晶体1、晶体:原子在空间呈规则排列的固体物质称为“晶体”。
(晶体内的原子之所以在空间是规则排列,主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结晶。
)规则几何形状性能特点:熔点一定各向异性2、非晶体:非晶体的原子则是无规则、无次序的堆积在一起的(如普通玻璃、松香、树脂等)。
二、金属晶格的类型1、晶格和晶胞晶格:把点阵中的结点假象用一序列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。
晶胞:构成晶格的最基本单元2、晶面和晶向晶面:点阵中的结点所构成的平面。
晶向:点阵中的结点所组成的直线由于晶体中原子排列的规律性,可以用晶胞来描述其排列特征。
(阵点(结点):把原子(离子或分子)抽象为规则排列于空间的几何点,称为阵点或结点。
点阵:阵点(或结点)在空间的排列方式称晶体。
)晶胞晶面晶向3、金属晶格的类型是指金属中原子排列的规律。
7个晶系 14种类型最常见:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格(1)、体心立方晶格:(体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体,并且在立方体的体中心还有一个原子 )。
属于这种晶格的金属有:铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe所含原子数 1/8×8+1=2(个)(2)、面心立方晶格:面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体,但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有:Al、Cu、Ni、Pb(γ-Fe)等所含原子数 1/8×8+6×1/2=4(个)(3)、密排六方晶格:由12个原子构成的简单六方晶体,且在上下两个六方面心还各有一个原子,而且简单六方体中心还有3个原子。
属于这种晶格的金属有铍(Be)、Mg、Zn、镉(Cd)等。