金属工艺学第二章金属的晶体结构

工 1538cº
1394ºc
912ºc
室温
艺
体心立方
面心立方
体心立方
学
28
第二章 金属的晶体结构
第二节 合金的晶体结构
重点：
合金的晶体结构
难点：
金
相的概念
属
工
艺
学
29
第二章 金属的晶体结构
主要内容
合金中的相
固溶体
金
金属化合物
属
工
艺
学
30
第二章 金属的晶体结构
一、合金中的相
合金：由两种或两种以上的金属与金属元素或金属与非金属 元素组成的具有金属性质的物质。
金
属
理想晶体
工
艺
学
刃型位错
15
第二章 金属的晶体结构
金
位错与力学性能
属
工
艺
学
16
第二章 金属的晶体结构
3）面缺陷：
主要指晶界和亚晶界
金
晶界
亚晶界
属
工
晶界及亚晶界愈多，晶格畸变越大，晶体的强度
艺
愈高。
学
17
第二章 金属的晶体结构
缺陷特征对比
缺陷类别
点缺陷
分类
空位、 间隙原子、
置换原子
对材料性能的影响
ΔT=T0—Tn（过冷度）
实际上
22
第二章 金属的晶体结构
金属冷却曲线的解释：
原因： 自发转变（等温等压下）的方向，能量减少。
Tn＝T0，液、固态平衡，自由能变化为零，不能自发结晶。 △T 时，液态与固态的自由能之差大于零，结晶进行。 △T 越大，自由能差越大，结晶推动力越大，晶体生长速
度越大。
金 过冷是金属结晶的必要条件。
形核率和长大率都增大，但形核率增大较快。
➢变质处理：
在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化 粒和改善组织的工艺措施。
金
➢振动：
属
➢搅拌
工
艺 •如果结晶时晶核不多而生长速度快，则结晶后的晶
学 粒是粗还是细？
25
第二章 金属的晶体结构
5、铸锭组织
表层细晶粒区 过冷度大 ＋ 模壁的人工晶核作用
柱状晶粒层
工
艺
学
7
第二章 金属的晶体结构
2）面心立方晶格
动画演示
金
属
工
艺
学
8
第二章 金属的晶体结构
面心立方晶格
a）晶胞形状－－－立方体。 b）原子分布－－－结点、各面中心。 c）晶胞－－－－－包含4个原子。 d）致密度－－－－0.74
属于这类金属的有：r -Fe、Al、Cu、Ni等。
金
属
工
艺
学
9
第二章 金属的晶体结构
金 模壁温升，形核率降低，长大率提高，形成柱状晶。
属 工
中心等轴晶粒区
艺 学
中心区温差减小，形成粗大等轴晶粒区。
26
第二章 金属的晶体结构
6、金属的同素异构转变
概念： 温度变化－－晶格类型变化。 意义： 利用热处理，改善材料性能。
金
属
工
艺
学
27
第二章 金属的晶体结构
金 属
δ-Fe
γ -Fe
α- Fe
3）密排六方晶格
金
动画演示
属
工
艺
学
10
第二章 金属的晶体结构
密排六方晶格
a）晶胞形状－－六棱柱体。 b）原子分布－－结点、上下面中心，体中心有三个。 c）晶胞－－－－包含6个原子。 d）致密度－－－0.74。
属于这类金属的有：Mg、Zn、α－Ti等。
金
属
工
艺
学
11
第二章 金属的晶体结构
二、晶体结构、金相组织与晶体缺陷
第二章 金属的晶体结构
第二章 金属的晶体结构
金
属
工
艺
学
1
第二章 金属的晶体结构
第二章 金属的晶体结构
本章重点：
纯金属的晶格类型及晶体缺陷； 细化晶粒的措施； 合金的晶体结构； 二元匀晶相图分析
金
本章难点：
属
铸锭组织；
工 艺
二元匀晶相图分析
学
2
第二章 金属的晶体结构
第一节 纯金属的晶体结构
本节重点
晶格类型
晶体缺陷
细化晶粒的措施
金 属
本节难点
工
ห้องสมุดไป่ตู้
艺
铸锭组织
学
3
第二章 金属的晶体结构
第一节 纯金属的晶体结构
主要内容
晶体与晶格
晶体结构、金相组织与晶体缺陷
金属的结晶与铸锭组织
金
属
工
艺
学
4
一第二、章晶金体属与的晶晶体格结构 1、晶体与晶格
金
属 工
晶格：原子看作点，用直线连接成的空间格子 。
艺 学
晶胞：代表晶格的原子排列规律的最小几何单位 。5
工
0.20
艺
0.16
学
16.5x107 18.0x107 21.1x107 26.3x107 26.4x107
4.0x107 3.8x107 4.4x107 5.7x107 6.5x107
28.8
30.6
39.5
48.8
50.7
24
第二章 金属的晶体结构
2）细化晶粒的方法：
➢增大过冷度：增加冷却速度；
强度、硬度提高， 固溶强化等
线缺陷
位错
加工硬化等
金
属 面缺陷 晶界、亚晶界
工 艺 学
易腐蚀， 细晶强化
18
第二章 金属的晶体结构
三、金属的结晶与铸锭组织
纯金属的结晶过程 冷却曲线与过冷度 细化晶粒的措施
单晶体与非晶态合金的制取
金
属 工
铸锭组织
艺 学
金属的同素异构转变
19
第二章 金属的晶体结构
1、纯金属的结晶过程 不断形核＋晶核不断长大同时进行的基本过程。
1、多晶体结构：
工业上使用的金属属于多晶体。
2、金相组织：
组织是指用肉眼或在显微镜下所观察到的
图象。包括晶粒或组成相的形状、尺寸、分
金
布及相互之间的组合状态。
属
工
金相组织是在显微镜下所观察到的图象。
艺
学
12
第二章 金属的晶体结构
二、晶体结构、金相组织与晶体缺陷 3、晶体缺陷：重点内容
局部原子排列的不完整区域。
根据缺陷的几何形状，分为:
点缺陷
线缺陷
金
面缺陷
属
工
艺
学
13
第二章 金属的晶体结构
1）点缺陷：
晶格空位、间隙原子和置换原子。
金
属
点缺陷
工
艺
学
晶格扭曲
带来性能的变化， 如强度的提高等。
14
第二章 金属的晶体结构
2）线缺陷：
即位错：是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移 而造成。
刃型位错是最简单的位错。
属
工
艺
学
23
第二章 金属的晶体结构
3、影响晶核尺寸的因素 重点内容
1）晶粒粗细对材料力学性能的影响 一般来说，晶粒愈细力学性能越好，
即强度和硬度愈高， 同时塑性和韧性愈好。 （细晶强化） 晶粒大小对纯铁力学性能的影响
晶粒平均直径／mm 抗拉强度/Pa 屈服点/Pa
伸长率/%
9.70
7.00
金
属
2.50
第二章 金属的晶体结构
2、典型的晶格类型：重点内容 1）体心立方晶格
金
属
动画演示
工
艺
学
6
第二章 金属的晶体结构
体心立方晶格
a）晶胞形状－－立方体。 b）原子分布－－结点、中心。 c）晶胞－－－－ 包含2个原子。 d）致密度－－－0.68
属于这类金属晶格的有：α -Fe、Cr、V、W、Mo等。
金
属
液态金属 形核 晶核长大 完全结晶
金
属
工
艺
学
20
第二章 金属的晶体结构
金属的结晶
金
属
工
艺
学
21
第二章 金属的晶体结构
2、冷却曲线与过冷度
ºC
L 为什么会出现 ºC 水平台阶？
T0
T0
a
b
Tn
0
金 属 工 艺 学
a：结晶开始点 b：结晶终了点
理论上
S
0
L
}T
S
T0：理论结晶温度 Tn：实际结晶温度