金属材料与热处理课件

金属材料与热处理学习要点第2章金属的晶体结构1、晶格类型2、实际金属的组织与结构3、单晶体金属塑性变形4、位错运动5、实际金属的晶体结构6、多晶体金属塑性变形7、金属的结晶8、同素异构转变第2章金属的晶体结构2.1金属晶体结构2.2金属的结晶及同素异构转变晶格参数和晶面、晶向晶格参数：晶格常数a、b、c和棱边边夹角α、β、γ晶面：在晶格中由一系列原子组成的平面。晶向：在晶格中原子列的位向。1、体心立方晶格：晶胞是一个立方体，金属原子排列在立方体的中心和八个顶角上。**金属有α-Fe、Cr、Mo、V等。晶格类型：晶格致密度：晶胞中原子所占有的体积与晶胞体积之比晶格常数晶胞中原子数目最近原子间距致密度a1/8×8＋1＝2√3a/20.682、面心立方晶格：晶胞是一个立方体，金属原子排列在立方体的六个面的中心和八个顶角上。金属有γ-Fe、Cu、Al、Ni、Au等。晶格常数晶胞中原子数目最近原子间距致密度a1/8×8＋1/2×6＝4√2a/20.74单晶体金属塑性变形理论上整体滑移：每一个原子都移动。整体滑移所需的理论力远大于实际所需的力。位错运动和孪生线缺陷/位错：晶格中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。位错运动机理：位错的半原子面受到前后两边原子的排斥，处于不稳定的状态，只需加很小的力就能打破力的平衡，位错的半原子面移动很小的距离（小于一个原子间距），达到虚线位置，使位错前进一个原子间距。在切应力作用下，位错继续移动到晶体表面。大量位错移动到晶体表面，就形成宏观塑性变形。实际滑移通过实现金属的塑性变形主要是由位错运动引起滑移完成。实际金属的晶体结构晶格畸变：晶格中原子偏离平衡位置，使晶格发生扭曲

→破坏了原子的平衡状态。点缺陷：晶格中存在空位、间隙原子、置换原子等点缺陷的存在，从而引起晶格畸变。

→性能变化：使金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。面缺陷面缺陷/晶界：多晶体金属内各晶粒间的交界面。晶界/大角晶界：相邻晶粒位向相差15°以上。亚晶粒：在一个晶粒内部，晶格位向相差很小（2-3°）的小晶。亚晶界/小角晶界：晶界特性1、晶界原子排列紊乱，对位错运动有阻碍作用，是金属中的强化部位（在常温下，强度、硬度较高）。→金属的晶粒越细，晶界总面积就越（），金属的强度也越（）2、晶界处的原子处于不稳定的状态，能量比晶内的高(高出叫晶界能）→晶界熔点低、耐蚀性差、原子扩散快。→晶界的缺陷比晶内多，因而外来原子易在晶界上偏聚，其浓度高于晶内，称为内吸附。→晶界还是固态相变的优先形核部位。多晶体金属塑性变形分析角度：晶粒位向、晶界、晶粒大小1、晶粒位向：位向不同，使滑移阻力增加，使塑性变形抗力增加。塑性变形不均匀和逐步扩展，产生内应力2、晶界：晶界原子排列紊乱，阻碍位错移动3、晶粒大小：粒小，晶界多，不同位向晶粒多，塑性变形抗力大强度（）。晶粒大小影响韧性、塑性：A变形量均匀分散在更多的晶粒内，不致集中少数晶粒，造成变形严重；B晶粒小，晶界多且曲折，不利于裂纹传播，断裂前能承受大的塑性变形，吸收较多的功故韧性、塑性（）残余内应力1宏观残余内应力：由于金属材料各部分变形不均匀而造成的宏观范围内残余应力。弯曲变形后残余内应力2微观残余内应力：多晶体的各晶粒的变形不均匀，而使各晶粒间产生残余内应力。残余内应力3晶格畸变应力：金属在塑性变形后，增加了位错及空位等晶体缺陷，使晶体中一部分原子其偏离平衡而造成晶格畸变，从而产生的残余内应力。需要部分原子范围内（几百，几千）来相互平衡。金属结晶1、结晶：液态金属凝固成晶体结构的过程。也是原子由不规则排列的液态逐步过渡到原子规则排列的晶体的过程。2、理论/平衡结晶温度：理论上凝固点与熔点一致的温度3、过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。T0-T1=△T

*冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越大。结晶阶段结晶过程结晶过程：形核及晶核长大的过程。晶核：结晶的核心质点（原子小集团）。晶粒的大小取决于晶核的形成速率和长大速度。控制过冷度：过冷度对形核率和长大速度都有影响。

铸锭的形成1、表面细晶粒层2、柱状晶区3、中心等轴区2、再结晶4、冷变热处理方法应用：（再结晶退火）为工件拉延、弯曲继续进行的中间热处理。1、再结晶：加热温度较高，显微组织（），加工硬化（性能）和残余应力（）。2、再结晶过程：温升，原子活动能力大，在晶界等晶格畸变严重处，形核，长大成等轴晶粒。晶格畸变轻，位错密度减轻到变形前，残余应力和加工硬化（）。注：再结晶前后，晶粒晶格（）。晶粒形状（）。3、再结晶温度；温度范围最低温度。T再=（0.35-0.4）T熔3、晶粒长大晶粒长大：温升或保温，晶界迁移位向改变，晶粒被吞并而长大金属的同素异构转变同素异构转变：金属在固态下，随着温度改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象。遵守结晶的形核和晶核的生长。固态转变有着与结晶不同的