金属材料及热处理第一章

金属材料及热处理第一章金属的晶体结构和结晶回顾上一章节内容在过去两千年中的很长一段时间，中国是世界上最大和最先进的国家，直到18世纪末，中国的国内生产总值约占全球25%，1820年为33%。中国的人均收入在12世纪前一直领先于西欧，在18世纪前一直领先于世界平均水平。后来，它错过了工业革命，经济出现停滞，1949年GDP仅占世界5%。31669,N.Steno,晶面角守恒定律1885,A.Bravais,晶体空间点阵学说1912,M.Laue*,晶体的X射线衍射1915,W.H.BraggandW.L.Bragg**X射线晶体结构分析方法电子显微镜（SEM、TEM）扫描探针显微术***（STM、AFM）微观组织理论大发展合金相图、X射线，位错理论Reaumur(1722)Hill(1748)在放大镜下观察出晶粒Sorbit发现并描述了细珠光体Young(1807)提出材料弹性模量概念Barlow(1826)关于材料强度的测定Tehernoff(1861)发表了钢临界点的实验报告Wshery(1860-1870)关于拉伸、扭转、变曲应力的工作及得出的第一条S-N曲线，开辟了材料、组织与性能间关系的科学研究金属材料与热处理：

是一门研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。金属与非金属的比较金属非金属1．常温时，除了汞是液体外，其它金属都是固体常温时，除了溴是液体外，有些是气体，有些是固体2．一般密度比较大一般密度比较小3．有金属光泽大多没有金属光泽4．大多是热及电的良导体,电阻通常随着温度的增高而增大大多不是热和电的良导体，电阻通常随温度的增高而减小5．大多具有展性和延性大多不具有展性和延性6．固体金属大多属金属晶体固体大多属分子型晶体7．蒸气分子大多是单原子的蒸气（或气体）分子大多是双原子或多原子的1、金属光泽当光线投射到金属表面上时，自由电子吸收所有频率的光,然后很快放出各种频率的光(全反射),绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。金显黄色，铜显赤红色，铋为淡红色，铯为淡黄色，铅是灰蓝色，因为它们较易吸收某一些频率的光。金属光泽只有在其为晶体时才能表现出来，粉末状金属一般都呈暗灰色或黑色(漫散射)。许多金属在光的照射下能放出电子(光电效应)。另一些在加热到高温时能放出电子(热电现象)。2、金属的导电性和导热性大多数金属有良好的导电性和导热性。常见金属的导电和导热能力由大到小的顺序排列如下：Ag银，Cu铜，Au金，Al铝，Zn锌，Pt铂，Sn锡，Fe铁，Pb铅，Hg汞。3、超导电性金属材料的电阻通常随温度的降低而减小。1911年H.K.Onnes发现汞冷到低于4.2K时，其电阻突然消失,导电性差不多是无限大,这种性质称为超导电性。具有超导性质的物体称为超导体。超导体电阻突然消失时的温度称为临界温度(T0)。超导体的电阻为零，也就是电流在超导体中通过时没有任何损失。金属的物理性质

4、金属的延展性：可以抽成细丝。例如最细的白金丝直径为1/5000mm，可以压成薄片，例如最薄的金箔，可达1/10000mm厚。

5、金属的密度：锂、钠、钾比水轻，锇、铁等比水重。

6、金属的硬度：一般较大，它们之间有很大差别。有的坚硬,如铬、钨等；有些软,可用小刀切割如钠、钾等。7、金属的熔点金属的熔点一般较高，但高低差别较大。最难熔的是钨，最易熔的是汞、铯和镓。汞在常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。8、金属玻璃(非晶态金属)将某些金属熔融后,以极快的速度淬冷。由于冷却速度极快,高温时金属原子的无序状态被“冻结”,不能形成密堆积结构，得到与玻璃类似结构的物质,故称为金属玻璃。金属玻璃同时具有高强度和高韧性、优良的耐腐蚀性和良好的磁学性能，因此它有许多重要的用途。典型的金属玻璃有两大类：一类是过渡金属与某些非金属形成的合金；另一类是过渡金属间组成的合金。9、金属的内聚力所谓内聚力就是物质内部质点间的相互作用力,也就是金属键的强度，即核和自由电子间的引力。金属的内聚力可以用它的升华热衡量。金属键的强度（用升华热度量）主要决定于

(1)原子的大小，随原子半径增大升华热减小；(2)价电子数增加，升华热随之增加。1.晶体的基本概念

原子作无序排列；没有固定的熔点；各向同性。所有的金属和合金都是晶体晶格—原子排列形成的空间格子晶胞—组成晶格的最基本单元晶体：非晶体：原子作有序排列；有固定的熔点；各向异性。Fe原子直径约为：1.24*10^-8cm

常见的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种类型。１.体心立方晶格

体心立方的晶格是一个立方体，其中心和八个角上各有一个原子。属于这类晶格的金属有α-Fe、Cr、W、V等。它们都具有较好的塑性和较大的强度。（1）特体心猴立方糕晶格bc订c-Fe屡、W贺、V塔、M基o等2.面心裕立方猜晶格面心念立方导晶格败的晶旷胞也啊是一弊个立方迎体，其绸六个中面中恩心和幅八个葡角上众各有裤一个盐原子乓。属智于这助类晶阅格的洲金属凝有γ-胞Fe、Cu、Al、Ni等。它们受都具兔有较左好的简塑性采。面心厚立方筒球体脚模型晕及其推晶胞（2鸡）面叨心立俘方晶坏格fc喘c-Fe汪、C庙u、妇Ni肉、A换l、谋Au递、A岗g等３.密排荐六方恐晶格密排书六方扛晶格付的晶签胞是粒一个六方起柱体，其挑上下刃底面要的中耗心和镇十二软个角鹿上各陆有一桑个原净子，面且在仪六方次柱体驶的中葛间还萍有三杯个原彻子。乞属于沃这类堤晶格草的金洒属有Ｍg、Ｚn、Ｃd、Ｂe等。这类泳金属跪塑性品较差艘。密排拆六方现球体积模型啊及其越晶胞（3纯）密排坛六方晶格hc率pC（石墨锻）、Mg揪、Z拦n等金属习的同刑素异扒构转评变同素季异晶浪转变算—在杂固态哗下，济随着露温度灶的变中化，与金属民的晶琴体结有构从显一种欠晶格筑类型寄转变形为另狱一种锈晶格惧类型固的过胡程。L1538℃1394℃912℃同素掉异构耐转变是钢壁铁材撇料性膝能呈仇多种甘多样抢，用铅途广坟泛，此并能其通过弱各种热热处访理进久一步眉改善孝其组顿织与嘱性能坝的重疤要因损素。Fe饺、S友n锡、Ti钛、Mn锰温度℃时间15站38℃13糊94℃91肠2℃体心面心体心Fe金属喷的实腾际晶午体结镜构与泼晶体素缺陷1.单晶都体和枕多晶卧体晶格抛位向伐完全过一致漆的晶芳体叫膛做单晶宝体。工业紫上使惕用的搁金属妇都是让由许缸多小我晶体爬组成另的多晶意体.每个伸小晶抬体称据为晶粒。晶粒繁与晶刺粒之结间的搏界面停称晶界。亚晶护粒之偶间的康交界植称为亚晶洗界。2、晶劫体缺判陷实际出晶体吵中存劣在的犬晶体思缺陷醉，按艇缺陷阿几何岁特征旬可分宵为三械种：点缺半陷线缺虏陷面缺茧陷(1晓)点缺能陷——晶格摆空位宴和间勤隙原箩子在实卷际晶糟体结律构中岂，晶握格的陈某些扎结点舒，往勾往未鸟被原文子所央占据峡，这识种空求着的闹位置束称为空位。同焰时又钢可能勿在个集别空满隙处慎出现圣多余求的原富子，汤这种呆不占员有正胖常的敞晶格垦位置盲，而猫处在塌晶格铃空隙龙之间桶的原排子称聚为间隙始原子。点缺饼陷百→琴导愿致晶刊格畸跑变爱→旗强咳度↑勇，硬蹲度↑如:合金妨化(2肺)线缺笋陷——位错晶体升中，熄某处共有一皆列或胡若干登列原考子发竟生有劣规律紧的错口排现开象，团称为位错。位染错的滋主要丸类型捐有刃悼型位黎错和民螺旋肆位错让。(3租)面缺贼陷——晶界乔、亚钥晶界晶界层和亚幅晶界宝上的温原子洗排列主，是寨从一评种位般向过质渡到敲另一访种位暂向。赏在这蚕个过摧渡层鞭中的痛原子亲排列枯是不由规则角的，毕晶格蜂发生阅畸变牙；亚播晶界票实际哈是由算一系耀列的盗刃型规位错蛾堆积虎而成布的。晶粒姐细→际晶界咬面积框大→汤强度茂高如:晶粒羽细化1.晶体御缺陷花的存原在破妨坏了利晶体浮的完贿整性,使晶移格产仿生畸变,晶格能量重增加,因而燥晶格垃缺陷仁相对骄于完妹整的伴晶体体来说压是处升于一笛种不登稳定寄状态,它们狂在外再界条奇件(温度建外力隐等)变化味时会贪首先仪发生俩变化,从而擦引起浓金属梁性能糟的变饼化.2.晶体炭缺陷桶的存兔在影奇响金芳属的强度,一般惨情况驼下,强度突随晶唐体缺瞎陷的箩增加炎而增省加,可通况过增嘱加缺太陷的杂办法,提高絮金属慌的强汽度.点缺倍陷→合金沸化增加夹缺陷思的办巡寿法型线缺辞陷→念增加厉塑性牵变形(如加犬工硬徐化)面缺顿陷→兼晶粒织细化晶体塘缺陷婚与性患能的立关系晶体支缺陷≠金属坡缺点金属粮的结柱晶凝固物质者由液穿态转咬变成摆固态汗的过桐程。结晶如果控凝固湖的固降态物卸质是兔原子筑（或并分子呼）作产有规提则排琴列的队晶体飘，则觉这种谋凝固霜又称紧为结叼晶。通常,金属多的凝睁固过废程属啄于结走晶过约程。例如否：北摆方冬韵天窗餐花热火分钉析涉法纯金续属的哲冷却抽曲线锋与过弦冷度差热乖分析孩法原畜理To时间温度实际冷却曲线T1结晶平台(是由结晶潜热导致)纯金长属结妨晶时关的冷启却曲捡线T0：理论结晶温度T1：实际结晶温度

过冷：实临际结总晶温倦度T1总是手低于方理论咳结晶指温度T0的现否象过冷欠度∆T压=览T0-竭T1（尤冷速俊↑→绍∆T筑↑）理论冷却曲线2.金属萌的结猾晶过促程结晶仪时晶虫体在角液体妖中从燃无到眯有（牲晶核此形成蛾），垫由小展变大徒（晶毒核长年大）歌的过伍程，符同时莲存在棋同时繁进行微。结晶胞过程迹是晶暗核不娘断形劫成和站长大物的过撕程晶核净长大典过程懂是按亩树枝歇状骨汉架方丙式长纤大晶核摩的长享大方呀式—树枝竿状金属渠的树茂枝晶金属欣的树誉枝晶冰的吼树枝摩晶3.晶粒欢大小威对金忠属力领学性鸽能的指影响晶粒置越细证→塑颜性、屯韧性辟越好绪；强俊度、饭硬度川越高金属辩结晶迷后晶源粒大诊小取腔决于形核净率N（单思位时订间、懒单位叼体积谱液态议金属洽中生鸣成的贤晶核赚数目兵）和晶核绞长大据率G（单煤位时吵间内师晶核载长大极的线称速度炎）NG晶粒越细细化过晶粒瞧的途在径1）提昂高冷袍却速慕度，猜增加版过冷隐度V冷△TN晶粒细小2）进秋行变枕质处膛理3）