材料的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課件

1、2材料的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)一、材料的結(jié)晶根據(jù)材料中原子的排列方式材料分為 非晶體材料 和 晶體材料短程有序，各向同性 長程有序，各向異性 無固定熔點(diǎn) 具有固定的熔點(diǎn)凝固：材料由液體固體。結(jié)晶：材料由液體晶體。1. 純金屬的結(jié)晶規(guī)律結(jié)晶開始結(jié)晶終止Tmb）實(shí)際結(jié)晶結(jié)晶開始TnT結(jié)晶終止Tma）平衡結(jié)晶圖2-1 純金屬的冷卻曲線1.1 過冷度緩冷，結(jié)晶潛熱補(bǔ)償了溫度下降，出現(xiàn)水平段。理論結(jié)晶溫度Tm：實(shí)際結(jié)晶溫度Tn：過冷度T=Tm-Tn過冷度金屬結(jié)晶的必要條件：過冷度。冷速越大， Tn越低，過冷度T越大。（圖2-2）圖22 不同速度冷卻曲線v1v2v3t1t2t3v1v2v31.2 純金屬結(jié)晶的普遍規(guī)

2、律液態(tài)金屬冷卻達(dá)到結(jié)晶溫度時，某些原子按一定規(guī)律排列聚集形成結(jié)晶核心，稱為晶核。結(jié)晶的普遍規(guī)律：不斷形成晶核和晶核不斷長大的連續(xù)過程.純金屬的結(jié)晶規(guī)律自發(fā)晶核：T，形成尺寸很小的近程有序的原子集團(tuán)晶核非自發(fā)晶核：固態(tài)雜質(zhì)微粒子吸附原子形成。枝晶：1.3 結(jié)晶晶粒大小的控制結(jié)晶時冷卻越快，過冷度越大，晶核數(shù)量越多，晶粒越細(xì)小，金屬的力學(xué)性能越好。結(jié)晶過程中晶粒的大小主要取決于形核率和長大速率。N和G與T的關(guān)系形核率（N）：單位時間、單位體積內(nèi)形成晶核的數(shù)目。成長率（G）：晶核單位時間生長的平均線長度。T ，則N G 。 N /G越大，則晶粒越細(xì)?。?N / G越小，晶粒越粗大。 T 達(dá)到一定程度

3、，原子無法擴(kuò)散，形成非晶體。GN過冷度T形核率N長大速率G圖2-3 T對N和G的影響2.晶體中的原子排列2.1 有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)的基本概念晶格：描述原子在晶體中規(guī)則排列方式的空間幾何圖形。原子幾何點(diǎn)，用線連起來形成的空間幾何框架。原子模型晶格基本概念晶胞：晶格中反映晶體特征的最基本的幾何單元。晶胞2.2 典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)1）體心立方晶格（BCC或bcc）Cr、W、Mo、V、Fe晶格常數(shù)：a=b=c，=90b）晶胞a）模型2.2 典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)2）面心立方晶格（FCC或fcc）eg: Cu、Al、Ni、Au、Ag、Fe晶格常數(shù)：a=b=c，=90b）晶胞a）模型a）模型2.2 典型金屬的晶體結(jié)

4、構(gòu)3）密排六方晶格（HCP或hcp） eg: Mg、Zn、Be、石墨、Ti晶格常數(shù)：ac，c/a1.633。b）晶胞2.3 同素異晶轉(zhuǎn)變定義：Fe、Co、Ti等伴隨著外界條件（溫度和壓力）的變化，物質(zhì)在固態(tài)時所發(fā)生的晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。1、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變純鐵在1538結(jié)晶為Fe，具有BCC晶格結(jié)構(gòu)，隨溫度降低，發(fā)生如下變化：體心Fe面心1394Fe體心912Fe純鐵的冷卻曲線圖1-20 純鐵的 冷卻曲線1600150014001300120011001000 900 800 700 600 500時間溫度 t L1538 -Fe1394 -Fe912 -Fe二、合金的基本顯微組織結(jié)構(gòu)固態(tài)合金的

5、三種基本顯微組織結(jié)構(gòu)：固溶體、金屬化合物、機(jī)械混合物。1）固溶體 是指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中所形成的均一的、保持溶劑晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)晶相。間隙原子置換原子按溶質(zhì)原子占據(jù)的位置分為置換固溶體和間隙固溶體。固溶體置換固溶體：r溶質(zhì)r溶劑，電化學(xué)性質(zhì)相近，可無限互溶。間隙固溶體：r溶質(zhì)/r溶劑0.59 r溶質(zhì)小，有限互溶。溶劑原子溶劑原子溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子固溶體固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子的溶入而使固溶體的晶格發(fā)生畸變，位錯運(yùn)動阻力增加，提高了變形抗力，而使材料的強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象。對性能的影響：比純組元和化合物具有較為優(yōu)越的綜合力學(xué)性能，即良好的塑性、韌性，較高的硬度、強(qiáng)度。2）金屬化合物定義：組成合金的組元由相當(dāng)程度的金屬鍵結(jié)合并具有金屬特性的化合物。 如碳鋼中的滲碳體（Fe3C）。金屬化合物金屬化合物的特性：高熔點(diǎn)、高硬度、高脆性、塑性很差。彌散強(qiáng)化：若使金屬化合物呈細(xì)小顆粒狀以 彌