第二章 金属的晶体结构与结晶

第二章金属的晶体结构与结晶第1页，课件共28页，创作于2023年2月1、晶体2、非晶体具有规则几何外形具有固定的熔点具有各向异性◆呈不规则的排列◆无固定熔点◆具有各向同性熔点晶体非晶体时间温度晶体和非晶体的熔化曲线第2页，课件共28页，创作于2023年2月原子（离子）的刚球模型原子中心位置二、晶体结构第3页，课件共28页，创作于2023年2月晶胞点阵（晶格）模型晶格第4页，课件共28页，创作于2023年2月晶胞XYZabc晶格常数a，b，c

第5页，课件共28页，创作于2023年2月XYZabc晶面通过原子中心的平面晶向通过原子中心的直线所指的方向XYZabc第6页，课件共28页，创作于2023年2月各向异性不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象XYZXYZ第7页，课件共28页，创作于2023年2月1、体心立方晶格bcc-Fe、W、V、Mo等三、常见的金属晶体结构第8页，课件共28页，创作于2023年2月体心立方晶胞晶格常数：a=b=c；

===90晶胞原子数：致密度：0.68XYZabc2r2raa2原子半径：致密度=Va/Vc，其中Vc:晶胞体积a3Va:原子总体积2

4

r3/3第9页，课件共28页，创作于2023年2月2、面心立方晶格fcc-Fe、Cu、Al、Au、Ag、Ni、Pb等第10页，课件共28页，创作于2023年2月面心立方晶胞晶格常数：a=b=c；

===90晶胞原子数：致密度：0.74XYZabc密排方向原子半径：4第11页，课件共28页，创作于2023年2月3、密排六方晶格hcpC（石墨）、Mg、Zn等晶格常数底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角90晶胞原子数：6原子半径：a/2致密度：0.74第12页，课件共28页，创作于2023年2月五、实际金属中的晶体缺陷1、实际金属晶体结构与理想结构的偏离单晶体：内部晶格位向完全一致

的晶体（理想晶体）。如单晶Si半导体。多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。晶粒（单晶体）第13页，课件共28页，创作于2023年2月1）点缺陷如果间隙原子是其它元素就称为异类原子（杂质原子）空位

间隙原子2、晶体缺陷类型第14页，课件共28页，创作于2023年2月2）线缺陷——刃型位错上刃位错

下刃位错

第15页，课件共28页，创作于2023年2月3）面缺陷晶粒（单晶体）晶界第16页，课件共28页，创作于2023年2月亚晶界亚晶界面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高第17页，课件共28页，创作于2023年2月一、纯金属的结晶条件晶体液体结晶结晶：

液体-->晶体凝固：

液体-->固体（晶体或非晶体）第二节纯金属的结晶第18页，课件共28页，创作于2023年2月冷却曲线tTT0Tn理论结晶温度开始结晶温度}

T过冷度

T=T0-Tn纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度（克服界面能）第19页，课件共28页，创作于2023年2月T1<T0，△E>0，固态金属处于稳定态，结晶自发进行；T2>T0，△E<0，液态金属处于稳定态，融化自发进行。T0液态固态△E>0△E<0TET1T2第20页，课件共28页，创作于2023年2月冷却速度越大，则过冷度越大第21页，课件共28页，创作于2023年2月二、纯金属的结晶过程液态金属形核晶核长大完全结晶形核和晶核长大的过程第22页，课件共28页，创作于2023年2月1）形核过程两种形核方式——自发形核与非自发形核自发形核由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。非自发形核

——是依附于外来杂质上生成的晶核。2）晶核长大过程两种长大方式

——平面生长与树枝状生长。平面生长树枝状生长第23页，课件共28页，创作于2023年2月三、晶粒度1、晶粒度——表示晶粒大小，分8级（p111)。晶粒度12345678单位面积晶粒数（个/mm2）16326412825651210242048晶粒平均直径（μm）2501771258862443122细晶强化——晶粒细化使金属机械性能提高的现象比较：细晶强化-->强度、硬度、塑性、韧性↑ 固溶强化-->强度、硬度↑，塑性、韧性↓第24页，课件共28页，创作于2023年2月1）提高过冷度形核率N、长大速度v与过冷度

T的关系

Tv，NvN2、细化晶粒的措施提高过冷度的主要办法是提高液体金属的冷却速度铸造中通过降低浇铸温度、减小铸型温度升高的速度（一般用导热系数大的金属铸型代替砂型）来提高冷却速度第25页，课件共28页，创作于2023年2月2）变质处理在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。3）振动结晶振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。——机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。第26页，课件共28页，创作于2023年2月四、同素异构转变金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现象。纯铁的同素异构转变-Fe，bcc-Fe，fcc-Fe，bcc1394C912C-Fe，fcc-Fe，bcc912C第27页，课件共2