第三章金属的晶体结构与结晶

1、一、晶体与非晶体固态物质根据其原子排列排列特征，可分为晶体和非晶体 晶体与非晶体的区别:表现在许多方面非晶体内部原子排列无规则，所以没有规则的外形，没在固定的熔点，在各个方向上的原子聚集密度大致相同，故表现出各向同性。而晶体内部的原子排列有规律，故有规则的外形，固定的熔点。此外，晶体在不同的方向上具有不同的性能，表现出各向异性的特征。1、晶格将每个原子视为一个几何质点，并用一些假想的几何线条将各质点连接起来，便形成一个空间几何格架。这种抽象的用于描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架称为晶格。 2、晶胞由于晶体中原子作周期性规则排列，因此可以在晶格内取一个能代表晶格特征的，且由最少数原子排列成

2、最小结构单元来表示晶格，称为晶胞。 3、晶面、晶向和晶格常数 =90 1. 体心立方晶格图1-13 多晶体的晶粒与晶界示意图一、单晶体和多晶体晶体内的晶格位向完全一致的晶体称为单晶体。由多晶粒组成的实际晶体结构称为多晶体。而实际的金属晶体是由许多不同方位的晶粒所组成。晶粒与晶粒这间的分界面称为晶界。1、点缺陷 一、纯金属结晶的条件结论:金属的结晶过程形核与长大形核与长大过程金属液形成晶核晶核长大形成晶体实际金属结晶后，获得由许多晶粒组成的多晶体组织。在多晶体中，晶粒的大小对其力学性能影响很大。表3-1列出了晶粒大小对纯铁力学性能的影响。 冷速大冷速小加入人工晶核晶粒细化1.同素异构转变同素异构

3、转变: 金属在固态下，随温度的改变，有一种晶格转变为另一种晶格金属在固态下，随温度的改变，有一种晶格转变为另一种晶格的转变过程，称为同素异构转变。的转变过程，称为同素异构转变。2.具有同素异构转变的金属有具有同素异构转变的金属有: Fe、Co、Mn、Ti、Sn1394 C912 CbccfccbccFe -Fe - Fe1394153410006008001200温度时间16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - Fe一、合金的基本概念1、合金合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特征的物质。 2、组元 组成合金的最

4、基本的、独立的物质叫组元。 3、合金系 由若干给定组元按不同比例配制而成的一系列化学成分不同的合金，称为合金系。 4、相相是指在合金中具有相同成分、相同结构、相同性质的均匀部分，并与其它相有明显界面之分。 5、组织组织是指用肉眼或借助于放大镜、显微镜观察到的材料内部的形态结构。 固态合金中的相，按其组元原子的存在方式可分为固溶体和金属化合物两大基本类型 1、固溶体 图1-24 间隙固溶体示意图 图1-25 间隙固溶体畸变示意图 a)晶格常数减小 b)晶格常数增大图1-28 金属化合物晶格示意图a)VC的间隙相结构 b)Fe3C的斜方晶格结构 弥散强化：弥散强化：当金属化合物呈细小颗粒分布在固溶

5、体基体上时，当金属化合物呈细小颗粒分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。象称为弥散强化。金属化合物的结构与性能不同于任一组元，熔点金属化合物的结构与性能不同于任一组元，熔点高，硬而脆。高，硬而脆。绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金属化合物组成的混绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金属化合物组成的混合物，其性质取决于固溶体与金属化合物的数量、大小、形合物，其性质取决于固溶体与金属化合物的数量、大小、形态和分布状况。态和分布状况。由两相或两相以上组成的多相组织，称为机械混合物由两相或两相以上组成的多相组织，称

6、为机械混合物金属的结晶产品金属的结晶产品铸件铸件铸锭铸锭制件的一个组成部分制件的一个组成部分铸锭的组织结构铸锭的组织结构表面细晶粒区表面细晶粒区柱状晶粒区柱状晶粒区等轴晶粒区等轴晶粒区1.金属结晶产品的分类：2.铸锭的组织结构：1.定向结晶定向结晶: 通过控制冷却方式，使铸件沿轴向形成一定的温度梯度，从而通过控制冷却方式，使铸件沿轴向形成一定的温度梯度，从而可使铸件从一端开始凝固，并按一定方向向另一端发展的结晶可使铸件从一端开始凝固，并按一定方向向另一端发展的结晶过程。过程。2.单晶单晶: 单晶就是其原子都是按照一个规律和一致的位向排列的一个晶单晶就是其原子都是按照一个规律和一致的位向排列的一

7、个晶体。体。 单晶体制备的基本原理：使液态结晶时只形成一个晶核，再由单晶体制备的基本原理：使液态结晶时只形成一个晶核，再由这个晶核提拉成一整块晶体（称为拉晶）。这个晶核提拉成一整块晶体（称为拉晶）。1.塑性变形实质塑性变形实质: 单晶体的变形方式有滑移和孪生两种。单晶体的变形方式有滑移和孪生两种。多晶体的塑性变形与单晶体塑变的异同多晶体的塑性变形与单晶体塑变的异同同：都主要依靠滑移同：都主要依靠滑移异：存在不同时性；需相互协调异：存在不同时性；需相互协调金属塑性变形过程实质是位错沿着滑移面的运动过程。金属塑性变形过程实质是位错沿着滑移面的运动过程。2.冷变形强化冷变形强化: 随着金属冷变形程度

8、的增加，金属材料的强度和硬度都有所提随着金属冷变形程度的增加，金属材料的强度和硬度都有所提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化。高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化。 变形后，金属的晶格严重畸变，变形金属的晶粒被压扁或拉长，变形后，金属的晶格严重畸变，变形金属的晶粒被压扁或拉长，形成纤维组织。形成纤维组织。1.回复回复: 将变形后的金属加热至一定温度后，使部分原子回复到平衡位将变形后的金属加热至一定温度后，使部分原子回复到平衡位置，晶粒内残留应力大大减小，但不改变晶粒形状的现象。置，晶粒内残留应力大大减小，但不改变晶粒形状的现象。2.再结晶再结晶:当加热温度较高时，金属中被拉长的、压扁的、破碎的晶粒会当加热温度较高时，金属中被拉长的、压扁的、破碎的晶粒会重新生核，变成细小、均匀等轴晶粒的过程称为再结晶。重新生核，变成细小、均匀等轴晶粒的过程称为再结晶。