第二章晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

1、第一節(jié)第一節(jié) 金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu) o 晶體： 原子（離子）按一定幾何形狀，作 有規(guī)律的重復(fù)排形成的物質(zhì)。 金剛石，硅酸鹽 非晶體： 原子無規(guī)則堆聚，形成的物質(zhì)。 玻璃，松香第二章第二章 晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 為便于分析晶體中原子排列規(guī)律及幾何形狀的幾個概念：晶格： 把原子假想為幾何點，用直線由中心聯(lián)結(jié)形成的空間格子（是人為假設(shè)）用來表示晶體中原子的排列狀態(tài)的。 o 晶面：晶格中各種方位的原子面。o 晶向：晶格中由結(jié)點（原子）連成的任一 直線（方向）。o 晶胞：重復(fù)堆砌形成晶格的最基本單元 晶格常數(shù)： 晶胞的各邊邊 長 a、b、 c 各邊之間的夾角、晶體晶格類形、常數(shù)不同，則物理

2、化學(xué)及機(jī)械性能不同二、常見金屬的晶格類型二、常見金屬的晶格類型： 金屬原子接合力強(qiáng)，有密排傾向，晶格有對稱性、幾何形狀。 非金屬晶體，復(fù)雜、對稱性低的晶格。 金屬晶格種類只有三種形式： 體心立方、面心立方、密排六方晶格。 體心立方晶格體心立方晶格 由八個原子構(gòu)成立方格，格中心有一個原子，則晶格上共9個原子的晶格。 面心立方晶格：面心立方晶格： 由八個原子構(gòu)成立方格， 在六個表面中心再各有一個原子的晶格。 如 ： 9 1 2 1394以下的純鐵；銅 ，鋁 ，鎳 CulAiN 密排六方晶格： 如此排列的金屬鈹 鎂 鋅 。 eBgMnZ三、單晶體的各向異性性：三、單晶體的各向異性性： 各向異性性各向

3、異性性： 晶面、晶向上原子排列密度不同，表現(xiàn)出性能不同的現(xiàn)象。 單晶體單晶體 ： 結(jié)晶方位完全一致的晶體。單晶體具有各向異性。在各方向的物、化，機(jī)械性能不同。鐵的單晶體示意圖鐵的單晶體示意圖第二節(jié)第二節(jié) 實際金屬結(jié)構(gòu)實際金屬結(jié)構(gòu) 一、實際金屬的多晶體結(jié)構(gòu)一、實際金屬的多晶體結(jié)構(gòu) 由許多小晶粒構(gòu)成，每個小晶粒內(nèi)晶格方位一致，無各向異性性，實際金屬材料幾乎均為多晶結(jié)構(gòu)，而非單晶體o 顯微組織：顯微組織： 顯微鏡下觀察到晶粒的形態(tài)、大小、分布情況，叫做“顯顯微組織微組織”。 晶界：晶界： 相鄰小晶體（晶粒）不同晶格方位的過渡區(qū)，晶界上原子排列“紊亂”。 晶粒：晶粒：具有不規(guī)則顆粒狀外形的小晶體。鋼鐵

4、晶粒尺寸一般為 mm。311010 二、晶格缺陷：二、晶格缺陷： 金屬晶體中存在各種晶格缺陷（并不全似圖中所示），晶格缺陷使晶體中某些原子偏離正常位置，造成晶格畸變晶格畸變。 晶格缺陷分為晶格缺陷分為： 點缺陷、線缺陷、面缺陷三類。 o 點缺陷：點缺陷： 晶格空位、置換原子、間隙原子三種。o 產(chǎn)生原因原因：分子熱運動形成間隙原子引起。 使原子發(fā)生靠攏或撐開，使位置、排列變化，引起晶格畸變晶格畸變。o 線缺陷：線缺陷： 晶體中呈線狀分布的缺陷，具體形式為各種“位錯”，如圖示的“刃型位錯”。實際金屬中存在大量位錯。o 面缺陷：面缺陷： 指金屬中的晶界晶界、亞晶界亞晶界。 o 晶界：晶界： 相鄰兩晶

5、粒間，不同方位晶格的過渡區(qū)（晶體中晶粒位向差 在 之間）時的過渡 區(qū)。004030 亞晶界：亞晶界： 同一晶粒內(nèi)部晶格方位的過渡區(qū)（一般幾十分到 時）的過渡區(qū)。o 亞晶粒：亞晶粒： 同一晶粒內(nèi)部被亞晶界隔開的小晶塊。0021o 晶界、亞晶界的存在存在，即面缺陷的存在，必將引起晶粒、亞晶粒內(nèi)部晶格畸變。o 所有這些缺陷，引起晶格畸變晶格畸變，對金屬的機(jī)械，物理和化學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響這是研究缺陷的原因之一。 第四節(jié)第四節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶 金屬材料一般都是由礦石熔煉熔煉、澆鑄澆鑄成錠成錠、成形后，再經(jīng)冷、熱加工成材來使用的。 結(jié)晶結(jié)晶形成的組織，對材料內(nèi)部的組織和性能的形成很重要。 一、結(jié)晶的

6、概念：一、結(jié)晶的概念：o 結(jié)晶結(jié)晶： 金屬由液態(tài)原子不規(guī)則的排列，向固態(tài)有規(guī)則的排列，形成晶體的轉(zhuǎn)變過程 結(jié)晶過程。結(jié)晶過程可用冷卻曲線表示。 冷卻曲線： 是在金屬的結(jié)晶過程中，用熱分析（平衡）熱分析（平衡）法法測得金屬結(jié)晶過程中，結(jié)晶溫度隨時間變化的數(shù)據(jù)而形成的曲線。 純金屬的結(jié)晶過程（冷卻曲線）。曲線1： 理論冷卻曲線 以上液體金屬 液體金屬開始結(jié)晶，結(jié)晶是在恒溫下恒溫下進(jìn)行。 結(jié)晶終止，固體金屬的溫度下降至室溫。 0T0T曲線2： 實際冷卻曲線 實際結(jié)晶過程是溫度降至 “實際結(jié)晶” 過冷度： 1T10TTT 過冷度大小取決于液體金屬的性質(zhì)、純度及冷卻速度。金屬總是在過冷的情況下結(jié)晶總是在

7、過冷的情況下結(jié)晶的，過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。 一、金屬的結(jié)晶過程：一、金屬的結(jié)晶過程： 1、金屬結(jié)晶過程： 原子無序熱運動，無嚴(yán)格的排列規(guī)則。 生核晶核。 原有核長大，再生核。 繼續(xù)全部結(jié)晶。 2、結(jié)晶時，晶核沿各向長大速度不同形成 “枝晶”，按枝晶長大。二、影響生核與長大的因素：二、影響生核與長大的因素： 金屬結(jié)晶過程始于生核終于晶核長大。 結(jié)晶晶粒的大小與形核形核率率N、長大速度G有關(guān)。 影響形核率N，長大速度G的主要因素因素為過冷度、難熔雜質(zhì)。 （一）過冷度的影響：（一）過冷度的影響： 過冷度K點前，GN得粗 大顆粒結(jié)晶。 過冷度K點后， GN得細(xì) 密顆粒。 適當(dāng)控制過冷度即采用不同的

8、冷卻速度，得不同晶粒度的材料。過快冷卻會引起鑄件內(nèi)鑄造應(yīng)力增大，產(chǎn)生鑄件缺陷 （二）難熔雜質(zhì)的影響：（二）難熔雜質(zhì)的影響： 難熔（高熔點）添加劑即雜質(zhì)， 形核率形核率大大提高，細(xì)化晶粒。 “變質(zhì)處理變質(zhì)處理”： 向液態(tài)金屬中加入晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬“相似”的難熔添加劑，獲得細(xì)化晶粒方法。四、四、 金屬的同素異構(gòu)性金屬的同素異構(gòu)性 有些金屬結(jié)晶后并不只不只具有一種晶體結(jié)構(gòu)，可根據(jù)溫度的變化，具有不同類型的晶體結(jié)構(gòu)。 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變： 金屬晶體結(jié)構(gòu)，隨溫度變化而轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。 如純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（見圖221）： 1394 轉(zhuǎn)變?yōu)?912 轉(zhuǎn)變?yōu)?可逆轉(zhuǎn)。 遵循結(jié)晶過程的生核長大規(guī)律 是一種固態(tài)結(jié)晶過程。eF 0CeF eF 0C一、金屬鑄