工程材料第二和三章

1、 第二章 晶体结构与结晶 (2-1)第一节 金属的晶体结构一晶体概念 1晶体晶体 原子在空间作有规律排列的物体原子在空间作有规律排列的物体 （固态金属基本上都是晶体）（固态金属基本上都是晶体） 2非晶体非晶体 原子在空间作无规律、无次序排列的物体 3晶格晶格 表示晶体中原子排列形式的空间格子表示晶体中原子排列形式的空间格子 4晶面晶面 晶格中各种方位的原子面 5晶胞晶胞 构成晶格的最基本的几何单元 第二章 晶体结构与结晶 (2-2)二、常见的金属晶格 1体心立方晶格 原子数 9 （81/8 +1=2） 致密度 0。68 致密度： 立方体中原子所占体积与立方体体积之比 具有体心立方晶格的金属有

2、-Fe Cr Mu W V 2面心立方晶格 原子数 14（ 81/8 +6 1/2 =4） 致密度 0。74 具有面心立方晶格的金属有 -Fe Al Cu Ni Pb 等 3 密排六方晶格 原子数 17 （ 121/6+2 1/2 +3 =6）致密度 0。74 具有密排六方晶格的金属有 Mg Zn Be Cd 等 三、单晶体的各向异性 单晶体 结晶方位完全一致的晶体 各向异性 在同一晶体的不同晶面和晶向上各种性能不同的现象第二章 晶体结构与结晶(2-3)第二节 实际金属结构一、多晶体结构 单晶体 结晶方位完全一致的晶体 多晶体 由外形不规则、大小不一、排列方位各不相同的小单 晶体组成的晶体。

3、晶粒 多晶体中每个小单晶体 晶界 晶粒间的界面二、晶格缺陷 1）点缺陷 指“晶格空位” “置换原子” 和“间隙原子” 2）线缺陷 晶体中呈线状分布的缺陷 “位错”(1)可降低理想晶体的强度，但大量的位错又可使其强度提高 (2)生产过程中常用增加位错提高强度 3）面缺陷 指金属中的晶界和亚晶界第二章 晶体结构与结晶(2-4)第四节 金属的结晶一，结晶的概念 结晶： 金属由液态转变为固态，原子由无序排列转变到有序排列， 形成晶体的过程，称为结晶。结晶的必要条件：具有一定的过冷度结晶的必要条件：具有一定的过冷度 过冷度过冷度 T 理论结晶温度（理论结晶温度（T。）与实际结晶温度之。）与实际结晶温度之

4、差。冷却速度越大，过冷度越大。差。冷却速度越大，过冷度越大。二，金属的结晶过程 1. 形核 自发形核 ，在一定过冷度下，液体中原子自发地聚集在一起按照一定的几何形状排列起来形成结晶的核心（自发晶核） 非自发形核 在一定过冷度下，液体中原子依靠外来质点形成结晶核心（外来晶核） 2.长大 一般以树枝方式长大第二章 晶体结构与结晶(2-5)三，影响生核与长大的因素 形核率 N 单位时间内单位体积中形成的晶核数。 长大速度 G 单位时间内晶核长大的速度 影响因素 1过冷度的影响 过冷度愈大，形核率愈高，长大速度小晶粒细。 缓慢冷却时 过冷度愈小，形核率愈低，长大速度大，晶粒粗n2难熔杂质的影响 高熔点

5、杂质在结晶过程中起晶核作用，提高形核率， 细化晶粒。（变质处理，变质剂） 细化晶粒的方法 增加过冷度。通过改变过冷度控制晶粒大小 变质处理（孕育处理）增加外来晶核，细化晶粒。 振动晶体，将结晶打碎，成为新的晶粒。n四，金属的同素异构性n1 1 同素异构性 一种金属具有两种或两种以上晶体结构的现象n同素异构转变（同素异晶转变） 固态金属的晶体结构和晶格类型随温度的变化而改变的现象。n 1394 9121394 912nFe -Fe -FeFe -Fe -Fen体心立方体心立方 面心立方面心立方 体心立方体心立方n2 2 主要特点n 也是一个结晶过程，（由一种排列方式转变为另一种排列n 方式）遵循

6、结晶的基本规律。（二次结晶，重结晶）n 形核只能在一定的地方形成（晶界、特定的界面）n 过冷倾向大，n 伴随有体积的变化引起较大的内应力第二章晶体结构与结晶(2-6)第二章 晶体结构与结晶(2-7)n五，金属铸锭的组织特点n 1 表面细晶粒层n 2 柱状晶粒层n 3 中心粗大等轴晶粒层n第三章 金属的塑性变形与再结晶（31）压力加工的基本特点: 金属在外力作用下，发生不能自行恢复其原形和尺寸的变形（塑性变形）塑性变形的目的：1）得到零件的外形和尺寸 2）改善金属的组织和性能第一节 金属的塑性变形金属塑性变形的实质： 原子相对移动到新的稳定位置，产生永久变形一。单晶体塑性变形的基本形式 (主要是

7、滑移） 滑移 晶体的一部分相对另一部分沿着晶面发生移动，产生永久变形 孪晶 晶体的一部分相对另一部分沿着晶面发生一定角度的切变二。单晶体的滑移变形1) 滑移容易发生在原子排列最密的方向上2) 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个“滑移系”3）滑移系数越多，金属塑性越好（铜、铝是面心立方晶格，滑移系数12塑性好） 第三章 金属的塑性变形与再结晶（32）三 多晶体的塑性变形 1.晶界和晶粒位向的影响 （1）多晶体的变形抗力高于单晶体（为什么） a)金属的晶界比晶粒具有更高的变形抗力，多晶体晶界多而且曲折。 b)多晶体中晶粒位向不同，变形抗力增大 。 （2）晶粒越细，机械性能越好（强度高，塑性、韧

8、性好）（为什么） a)晶粒细，晶界总面积多，每个晶粒周围不同位向的晶粒数多，对塑性变形抗力越大，强度高。 b)晶粒细，单位体积内晶粒数多，总变形量可分散，变形均匀，塑性好。 c)晶粒细，晶界曲折越多，可阻碍裂纹扩展，断裂韧性值高，韧性好。2.多晶体的塑性变形极不均匀， 很复杂。 第三章 金属的塑性变形与再结晶（33）第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 塑性变形使金属组织和性能发生重大变化1）晶粒被拉长或压扁，形成“纤维组织”（曲轴毛坯锻造）2）晶粒内部变形量增加，破碎成亚晶体，晶格严重畸变强度和硬度显著提高。（塑性变形是金属的重要强化手段：冷轧、冷拉）塑性和韧性明显下降（产生“加工硬化”，

9、消除“硬化”必须安排退火工序）3）塑性变形的金属通常要进行退火处理，消除或降低残余内应力，防止零件在使用中变形。第三章 金属的塑性变形与再结晶（34） 第三节 变形金属在加热时组织和性能的变化 一，回复 把变形金属在较低温度加热时，晶体内位错量减少，晶格畸程度降低，残余内应力部分消失，这个阶段称为回复。（消除内应力退火） 二，再结晶 1. 变形金属的再结晶 变形金属加热至较高温度，形成新的晶体，但晶格类型不变，只改变晶粒外形，称为再结晶。 金属再结晶后，硬度、强度显著下降，塑性、韧性明显提高，内应力基本消除，恢复到变形前的性能。 2. 再结晶温度 经大变形度变形（7080%）后，在规定时间里能完成再结晶的最低温度 T 再 0.4T熔 金属熔点越高，其再结晶温度越高， 第三章 金属的塑性变形与再结晶（35）3.影响再结晶晶粒度的因素（1）加热温度的影响 加热温度越高，晶粒越大（2）退火前的变形度影响 变形度越大，晶粒越细 临界变形度，冷轧金属一般采用3040%变形度三 晶粒长大第四节 金属的热加工一.热加工的概念1.概念 以金属的再结晶温度区分 高于再结晶温度的加工变形为 热加工 低于再结晶温度的加工变形为 冷加工2.