第二章金属的晶体结构与结晶

1、第二章 金属的晶体结构与结晶金属材料的应用金属材料的应用金属材料的性能金属材料的性能金属材料的结构金属材料的结构晶体结构晶体结构金属的结晶金属的结晶第二章 金属的晶体结构与结晶p金属的晶体结构金属的晶体结构p金属的结晶金属的结晶n纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构n实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构n纯金属的结晶纯金属的结晶n同素异构转变同素异构转变n晶粒大小及其控制晶粒大小及其控制第二章 金属的晶体结构与结晶 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识n 晶体晶体 指原子（更确切地说是离子）按一定几何形状作有规律指原子（更确切地说

2、是离子）按一定几何形状作有规律 重复排列的物体。重复排列的物体。n 非晶体非晶体 内部原子无规则排列的固态物体。内部原子无规则排列的固态物体。第二章 金属的晶体结构与结晶纯铁纯铁纯铜纯铜纯铝纯铝晶体晶体玻璃玻璃沥青沥青松香松香非晶体非晶体 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶体与非晶体的差异及相互转化晶体与非晶体的差异及相互转化 性能上区分：性能上区分：熔点、各向同异性；熔点、各向同异性； 转变产物：转变产物：非晶体金属、玻璃纤维等非晶体金属、玻璃纤维等 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体

3、结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶格晶格 在研究晶体结构时，为了便于分析各种晶体中原子排列规律在研究晶体结构时，为了便于分析各种晶体中原子排列规律和几何形状，通常把组成晶体的每一个原子视为一个几何结点，和几何形状，通常把组成晶体的每一个原子视为一个几何结点，并用假想的几何直线把各结点中心连接起来，便形成一个三维空并用假想的几何直线把各结点中心连接起来，便形成一个三维空间格架。这种间格架。这种抽象的用于描述原子在晶体中排列方式的三维空间抽象的用于描述原子在晶体中排列方式的三维空间格架，称为结晶格子，简称晶格格架，称为结晶格子，简称

4、晶格。 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶格晶格 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识晶体模型和晶格示意图晶体模型和晶格示意图第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶胞晶胞 在晶格中选取一个在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元何单元来表示原子排列规律，这个最小的几何单元来表示原子排列规律，这个最小的几何单元称为晶胞称为晶胞。 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体

5、结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶格常数晶格常数 在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点，其在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点，其3条棱边作为条棱边作为3个坐标轴个坐标轴X，Y，Z，称为晶轴，而且规定在坐标原点的前、，称为晶轴，而且规定在坐标原点的前、后、上方为轴的正方向，反之为负，并以棱边长度后、上方为轴的正方向，反之为负，并以棱边长度a、b、c和棱面间的夹角和棱面间的夹角、来表示晶胞的形状和大小，其中来表示晶胞的形状和大小，其中棱棱边长度称为晶格常数边长度称为晶格常数，其大小常以，其大小常以（埃）为计量单位（埃）为计量单位（1 =110-8cm）

6、。）。 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶格常数晶格常数 各种晶体物质构成的原子不同，构成的各种晶体物质构成的原子不同，构成的晶格形式、晶格常数会有所不同，于是晶格形式、晶格常数会有所不同，于是便表现出不同的物理、化学和力学特性。便表现出不同的物理、化学和力学特性。 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶系晶系 按晶胞棱边长度和夹角的不同将晶体的基本类型归纳按晶胞棱边长度和夹角的不同将晶体的基

7、本类型归纳成的晶体系列，称为晶系。成的晶体系列，称为晶系。晶系构成示意图晶系构成示意图 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体的基本知识晶体的基本知识第二章 金属的晶体结构与结晶 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构n 常用金属材料晶系常用金属材料晶系 立方立方正方正方六方六方斜方斜方金属中，原子总是具有趋于最紧密排列的倾向，使晶格金属中，原子总是具有趋于最紧密排列的倾向，使晶格的排列组合形式大为减少，常常形成具有高度对称性的的排列组合形式大为减少，常常形成具有高度对称性的比较简单的几何形式比较简单的几何形式p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构晶体

8、的基本知识晶体的基本知识第二章 金属的晶体结构与结晶除铋、锑、锗、镓等类金属为共价键结合外，其他金属主要是金属键结合除铋、锑、锗、镓等类金属为共价键结合外，其他金属主要是金属键结合n 金属的特性和金属键金属的特性和金属键 带负电的自由电带负电的自由电 子与带正电的的金属正子与带正电的的金属正离子之间产生静电吸引力，使离子之间产生静电吸引力，使金属原子结合在一起，这就金属原子结合在一起，这就 是金属键结合的本质是金属键结合的本质n良好的导电性、良好的导电性、 导热性和塑性导热性和塑性n具有金属光泽具有金属光泽n正的电阻温度正的电阻温度 系数系数金属特性金属特性金属原子间的结合金属原子间的结合键称

9、为金属键。键称为金属键。金属键金属键金属键示意图金属键示意图 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶体心立方晶格体心立方晶格n 常见金属晶体结构常见金属晶体结构 晶胞模型晶胞模型晶格类型晶格类型刚性模型刚性模型晶格常数：晶格常数：a=b=c棱面间夹角：棱面间夹角： =90属于该类晶格的常见金属有属于该类晶格的常见金属有:-Fe(1394 )、Cr、W、Mo、V等等 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶面心立

10、方晶格面心立方晶格n 常见金属晶体结构常见金属晶体结构 晶胞模型晶胞模型晶格类型晶格类型刚性模型刚性模型晶格常数：晶格常数：a=b=c棱面间夹角：棱面间夹角： =90属于该类晶格的常见金属有属于该类晶格的常见金属有: -Fe(912 -1394 )、Cu、Al、Ni、Pb、Au、Ag等等 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶密排六方晶格密排六方晶格n 常见金属晶体结构常见金属晶体结构 晶胞模型晶胞模型晶格类型晶格类型刚性模型刚性模型晶格常数：晶格常数：底面边长底面边长 a 和高和高 c， c/a=1

11、.6331.899棱面间夹角：棱面间夹角： = =60 =90属于该类晶格的常见金属有属于该类晶格的常见金属有: Mg、Zn、 Be、Cd等等 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶体的各向异性晶体的各向异性 在晶体中，由于各个晶面和晶向上原子排列密度不同，使原子间的相互在晶体中，由于各个晶面和晶向上原子排列密度不同，使原子间的相互作用力也不相同。因此在同一单晶体内不同晶面和晶向上的性能也是不同。作用力也不相同。因此在同一单晶体内不同晶面和晶向上的性能也是不同。这种现象称为晶体的各向异性这种现象

12、称为晶体的各向异性。 立方晶系不同晶面和晶向原子排列示意图立方晶系不同晶面和晶向原子排列示意图l晶面晶面 晶体学中，通过晶体中原子中心晶体学中，通过晶体中原子中心 的平面的平面l晶向晶向 通过原子中心的直线所代表的方向通过原子中心的直线所代表的方向 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶体的各向异性晶体的各向异性 l产生原因产生原因 不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同l影响影响 不论在物理、化学还是力学性能方面，即不论在弹性模量、破断抗力不论在物理、化学

13、还是力学性能方面，即不论在弹性模量、破断抗力 、屈服强度、或电阻率、磁导率、线胀系数，还是在酸中的溶解速度、屈服强度、或电阻率、磁导率、线胀系数，还是在酸中的溶解速度 等许多方面都会表现出不同等许多方面都会表现出不同l指导意义指导意义 指导生产，获得性能优异的产品指导生产，获得性能优异的产品 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构n 单晶体单晶体 晶体材料内部位向完全一致的晶体晶体材料内部位向完全一致的晶体n 多晶体多晶体 由许多晶格位向不同的小晶体构成的晶体结构

14、，称为多由许多晶格位向不同的小晶体构成的晶体结构，称为多 晶体晶体单晶体晶面示意图单晶体晶面示意图多晶体晶面示意图多晶体晶面示意图多晶体多晶体 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 晶粒晶粒 多晶体中每个外形不规则的颗粒状的多晶体中每个外形不规则的颗粒状的小晶体小晶体n 晶界晶界 晶粒与晶粒间的交界晶粒与晶粒间的交界多晶体的晶粒和晶界示意图多晶体的晶粒和晶界示意图晶粒晶粒晶界晶界p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构多晶体多晶体 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶 晶界示意图晶界示意图 亚晶界示意图亚晶界示意图n 亚晶粒亚

15、晶粒 晶粒内部晶格位向差小于晶粒内部晶格位向差小于2、3的更小的晶块的更小的晶块n 亚晶界亚晶界 亚晶粒间的过渡区亚晶粒间的过渡区p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构多晶体多晶体 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 显微组织显微组织 在显微镜下所观察到的金属中各种晶粒的大小、形态和分布在显微镜下所观察到的金属中各种晶粒的大小、形态和分布 图像，称为显微组织（也叫金相组织）图像，称为显微组织（也叫金相组织）纯铁的显微组织照片纯铁的显微组织照片p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构多晶体多晶体 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构

16、与结晶n 点缺陷点缺陷n 线缺陷线缺陷n 面缺陷面缺陷 晶体内部存在的原子不规则排列区域晶体内部存在的原子不规则排列区域p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 点缺陷点缺陷 指晶体空间中，在长、宽、高三维尺度上都很小的、不超过指晶体空间中，在长、宽、高三维尺度上都很小的、不超过 几个原子直径的缺陷几个原子直径的缺陷点缺陷示意图点缺陷示意图p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 点缺陷的形成点缺陷的形成 p实际金属的晶

17、体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶空位空位间隙原子间隙原子小置换原子小置换原子大置换原子大置换原子n 点缺陷的影响点缺陷的影响 p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构点缺陷破坏了原子的平衡状态，引起周围晶格产生畸变，阻碍原子的移动，点缺陷破坏了原子的平衡状态，引起周围晶格产生畸变，阻碍原子的移动，必需施加更大的外力才能使其结构改变，从而使强度、硬度提高，塑性、必需施加更大的外力才能使其结构改变，从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降韧性下降第二章 金属的晶体结

18、构与结晶n 线缺陷线缺陷 指晶体的某一平面上，沿着某一方向伸展开来呈线状分布的缺陷指晶体的某一平面上，沿着某一方向伸展开来呈线状分布的缺陷l特征特征 在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸则很短在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸则很短l主要形式主要形式 位错位错（在晶体中的某处有一列或若干列原子，发生了某种规律的错排现象）（在晶体中的某处有一列或若干列原子，发生了某种规律的错排现象）p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶刃型位错示意图刃型位错示意图n 线缺陷线缺陷位错位错 l刃型位错刃型位错 当

19、一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶l刃型位错形成示意图刃型位错形成示意图 n 线缺陷线缺陷位错位错 刃型位错的形成刃型位错的形成刃型位错滑移刃型位错滑移_ _立体图立体图p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构刃型位错的结构示意图刃型位错的结构

20、示意图第二章 金属的晶体结构与结晶l刃型位错示意图和金相图片刃型位错示意图和金相图片 刃型位错的金相照片刃型位错的金相照片p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构n 线缺陷线缺陷位错位错 第二章 金属的晶体结构与结晶螺型位错示意图螺型位错示意图l螺型位错螺型位错 晶体右前边的点相对于左边的点向下错动一个原子间距，即右边晶体右前边的点相对于左边的点向下错动一个原子间距，即右边前部相对于左部晶面发生错动。若将错动区的原子用线连接起来，则前部相对于左部晶面发生错动。若将错动区的原子用线连接起来，则具有螺旋型特征，这种线缺陷称螺型位错具有螺旋型

21、特征，这种线缺陷称螺型位错p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构n 线缺陷线缺陷位错位错 第二章 金属的晶体结构与结晶l孪晶孪晶 晶体中两晶块以特定的取向关系相交接，构成晶体结构所不具备晶体中两晶块以特定的取向关系相交接，构成晶体结构所不具备的（但常常是接近原有的）对称关系时，这样的一对连生晶块称为孪的（但常常是接近原有的）对称关系时，这样的一对连生晶块称为孪晶晶孪晶与位错交互作用金相照片孪晶与位错交互作用金相照片孪晶示意图孪晶示意图n 线缺陷线缺陷位错位错 p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的

22、晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶透射电镜下钛合金中的位错线透射电镜下钛合金中的位错线( (黑线黑线) )高分辨率电镜下的刃型位错高分辨率电镜下的刃型位错（白点为原子）（白点为原子）p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构n 线缺陷线缺陷位错位错 第二章 金属的晶体结构与结晶l位错的影响位错的影响 u不论刃型位错还是螺型位错，以位错线为中心的管道区周围晶格都发不论刃型位错还是螺型位错，以位错线为中心的管道区周围晶格都发生了畸变。生了畸变。u在相应的外部条件下，刃型位错和螺型位错均可在晶体中进行不同形在相应的外部条件下，刃

23、型位错和螺型位错均可在晶体中进行不同形式的运动。式的运动。u位错在晶体中的存在及其密度变化，对金属的性能如强度、塑性、疲位错在晶体中的存在及其密度变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳、蠕变以及原子扩散、相变等许多结构转化都将起着重要的影响。劳、蠕变以及原子扩散、相变等许多结构转化都将起着重要的影响。u由于线缺陷的影响面比点缺陷大的多，因此对材料性能的影响也大的由于线缺陷的影响面比点缺陷大的多，因此对材料性能的影响也大的多。多。p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构n 线缺陷线缺陷位错位错 第二章 金属的晶体结构与结晶l位错密度位错密度

24、 单位体积晶体中位错的总长度单位体积晶体中位错的总长度或者是通过或者是通过1cm2面积的位错数目面积的位错数目金属的抗拉强度与其中位错密度的关金属的抗拉强度与其中位错密度的关系系p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构n 线缺陷线缺陷位错位错 第二章 金属的晶体结构与结晶n 面缺陷面缺陷 指晶体空间中，在两个方向的尺寸很大，而第三个方向的指晶体空间中，在两个方向的尺寸很大，而第三个方向的 尺寸很小而呈面状分布的缺陷尺寸很小而呈面状分布的缺陷晶界晶界 亚晶界亚晶界 孪晶界孪晶界 面缺陷面缺陷（主要类型）（主要类型）p实际金属的晶体结构实际

25、金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 面缺陷面缺陷 l晶界晶界 晶界模型（位相差晶界模型（位相差15）晶界特性晶界特性u当金属暴露在腐蚀环境里，晶界容易被腐蚀当金属暴露在腐蚀环境里，晶界容易被腐蚀u晶界处的熔点较晶粒内低晶界处的熔点较晶粒内低u当金属内部发生相变时，晶界处是优先成核当金属内部发生相变时，晶界处是优先成核u原子在晶界上扩散比在晶粒内快原子在晶界上扩散比在晶粒内快u晶界阻碍位错运动，这里不易产生塑性变形，晶界阻碍位错运动，这里不易产生塑性变形， 硬度、强度均比晶粒内高硬度、强度均比晶粒内高p实际金属的晶体结构实际金

26、属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 面缺陷面缺陷 l亚晶界亚晶界实际上小角度晶界实际上小角度晶界 具有晶界的特性具有晶界的特性 对金属的力学性能有很大影响对金属的力学性能有很大影响 亚晶界模型亚晶界模型（位相差（位相差13)Fe-4Si合金中的亚晶界，合金中的亚晶界，1250n 面缺陷面缺陷 p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶n 缺陷对金属材料的影响缺陷对金属材料的影响 晶格缺陷处及其附近，均有明显的晶格畸变，因而会引起晶格能量的提高晶

27、格缺陷处及其附近，均有明显的晶格畸变，因而会引起晶格能量的提高并使金属的物理、化学和力学性能发生显著的变化，如晶界和亚晶界愈多，并使金属的物理、化学和力学性能发生显著的变化，如晶界和亚晶界愈多，位错密度愈大，金属的强度便愈高位错密度愈大，金属的强度便愈高p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构p实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶冷却曲线与过冷度冷却曲线与过冷度n 结晶结晶 物

28、质从液体状态转变为固态晶体的过程物质从液体状态转变为固态晶体的过程原子不规则排列（近程有序排列）原子不规则排列（近程有序排列）原子规则排列原子规则排列(远程有序排列）远程有序排列）物质从液态冷却转变为固态的过程叫凝固。若凝固后的固体为晶体称为结晶物质从液态冷却转变为固态的过程叫凝固。若凝固后的固体为晶体称为结晶凝固后是否形成晶体与液体的粘度和冷却速度有关。粘度大，液体粘稠，相对运凝固后是否形成晶体与液体的粘度和冷却速度有关。粘度大，液体粘稠，相对运动困难，凝固时极易形成无规则结构动困难，凝固时极易形成无规则结构冷却速度直接关系到原子或分子的扩散能力。当冷却速度大于冷却速度直接关系到原子或分子的

29、扩散能力。当冷却速度大于10 C/S时，可阻时，可阻止金属及合金的结晶，获得非晶态金属材料止金属及合金的结晶，获得非晶态金属材料第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶冷却曲线与过冷度冷却曲线与过冷度n 纯金属的结晶特点纯金属的结晶特点 u在恒温下进行在恒温下进行u在过冷条件下进行在过冷条件下进行u结晶前后为单相结晶前后为单相可用冷却曲线描述可用冷却曲线描述第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶冷却曲线与过冷度冷却曲线与过冷度n 冷却曲线冷却曲线液体态金属在结晶时的温度液体态金属在结晶时的温度

30、-时间时间的关系曲线称为冷却曲线的关系曲线称为冷却曲线 n 过冷度过冷度理论结晶温度理论结晶温度T0与开始结晶温度与开始结晶温度Tn之差叫做过冷度之差叫做过冷度 用用T表示，即表示，即T= T0Tn 纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线T0TnTt（时间）（时间）T（温度）（温度）第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶结晶过程结晶过程n 结晶的一般规律结晶的一般规律l形核形核l核长大核长大 金属结晶过程示意图金属结晶过程示意图形核与核长大动画形核与核长大动画第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶

31、结晶过程结晶过程n 晶核的形成晶核的形成 在一个微小的体积中原子有不规则排列转变为规则排列的过程在一个微小的体积中原子有不规则排列转变为规则排列的过程l自发形核自发形核l非自发形核（异核形核）非自发形核（异核形核） 第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶结晶过程结晶过程n 晶核的长大晶核的长大l树枝状长大树枝状长大 树枝状长大模型树枝状长大模型实际金属结晶主要以树枝状长大实际金属结晶主要以树枝状长大(这是由于棱角处这是由于棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴又会产生二次轴，树

32、枝间最后被填充，树枝间最后被填充) 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶结晶过程结晶过程n 晶核的长大晶核的长大l树枝状长大树枝状长大 金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶冰的树枝晶第二章 金属的晶体结构与结晶核均匀长大核均匀长大核树枝状长大核树枝状长大第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶结晶条件结晶条件n 自由能降低自由能降低 自由能：自由能： 物质能自动向外界释放出多余的或能够对外作功的能量物质能自动向外界释放出多余的或能够对外作功的能量叫自由能叫自由能 根据热力学定律，自然界中一切自发转变过程，总是向根据热力学定

33、律，自然界中一切自发转变过程，总是向能量最低状态转变能量最低状态转变l液态金属过冷后自由才能降低液态金属过冷后自由才能降低 第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p纯金属的结晶纯金属的结晶结晶条件结晶条件n过冷度的影响因素过冷度的影响因素l与金属本性有关与金属本性有关 比如铜、铁在相同冷却速度下过冷度不同比如铜、铁在相同冷却速度下过冷度不同l与金属的纯度有关与金属的纯度有关 杂质越多，过冷度越小杂质越多，过冷度越小l与冷却速度有关与冷却速度有关 快冷，实际结晶温度低，快冷，实际结晶温度低， 过冷度大过冷度大 第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的

34、结晶p金属的同素异构转变金属的同素异构转变n 同素异构转变同素异构转变 金属在固态下随温度变化，金属在固态下随温度变化，由一种晶格变成另一种晶由一种晶格变成另一种晶格的现象格的现象n 同素异构体同素异构体 由同素异构转变所得到的不由同素异构转变所得到的不同晶格的晶体同晶格的晶体770纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p金属的同素异构转变金属的同素异构转变n 同素异构转变实质同素异构转变实质 是重结晶过程是重结晶过程 （遵循结晶规律）（遵循结晶规律）生产中可利用纯铁的同素异构转变，对其进行各种热处理，以改变生产中可利用纯铁的同素异构转变，

35、对其进行各种热处理，以改变其组织和性能，更好地在工程上满足应用要求其组织和性能，更好地在工程上满足应用要求第二章 金属的晶体结构与结晶 第二节第二节 金属的结晶金属的结晶p晶粒大小及其控制晶粒大小及其控制n 晶粒度的概念晶粒度的概念 晶粒的大小即晶粒度晶粒的大小即晶粒度用单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）表示用单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）表示晶粒度大小对金属性能的影响晶粒度大小对金属性能的影响常温下常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好同时塑性、韧性也越好,即细晶强化即细晶强化高温下高温下，晶界呈粘滞状态，在外力作用下易产