第二章金屬晶體與結晶

第二章金屬晶體與結晶第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三教學要求：1.了解金屬的晶體結構。2、掌握常見金屬晶格類型。3、了解晶體缺陷重點：常見晶格類型、細化晶粒的方法第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三天然水晶和普通玻璃a）天然水晶b）普通玻璃

第一節(jié)金屬的晶體結構表面上看來，天然水晶與普通玻璃均晶瑩剔透，外觀十分相似。但事實上兩者卻是截然不同的物質。水晶與玻璃的本質區(qū)別是兩者的內部結構不同。第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三一、晶體與非晶體非晶體——物質內部的原子呈無序堆積。晶體——物質內部的原子呈有序、規(guī)則排列。

第一節(jié)金屬的晶體結構固態(tài)物質根據其結構的不同可分為晶體和非晶體。晶體具有固定熔點，而非晶體沒有固定熔點。晶體表現各向異性，非晶體表現出各向同性。第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二、金屬的晶體結構1．晶體結構的概念晶體內部原子排列模型晶格和晶胞示意圖a）晶格b）晶胞第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三2．金屬晶格的類型常見金屬晶格的類型金屬的性能與其晶格類型和原子間的結合力有著密切的關系。第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三三、單晶體與多晶體單晶體——晶體內部原子的排列位向是完全一致的晶體。多晶體——由許多晶粒組成的晶體。單晶體示意圖多晶體示意圖單晶體表現出各向異性，多晶體顯示出各向同性，也稱“偽無向性”。第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三四、金屬的晶體缺陷1.點缺陷——空位、間隙原子和置代原子空位、間隙原子和置代原子示意圖無論是空位、間隙原子還是置代原子，在其周圍都會使晶格產生變形，這種現象稱為晶格畸變。上述三種晶體缺陷造成的晶格畸變區(qū)僅限于缺陷原子周圍的較小區(qū)域，故統稱為點缺陷。第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三2．線缺陷——位錯刃型位錯示意圖a）立體圖b）平面圖位錯的特點之一是很容易在晶體中移動，金屬材料的塑性變形就是通過位錯的運動來實現的。在晶體中，位錯的晶格畸變發(fā)生在沿半原子面端面的狹長區(qū)域，故稱為線缺陷。第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三3．面缺陷——晶界和亞晶界晶界過渡結構示意圖亞晶界結構示意圖晶界——晶粒與晶粒之間的分界面。亞晶界——亞晶粒之間的界面。在晶體中，晶界和亞晶界的晶格畸變均發(fā)生在一個曲面上，故稱為面缺陷。第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三教學要求：1.掌握純金屬的結晶過程2、掌握純鐵的同素異構轉變重點：純鐵的同素異構轉變第二節(jié)純金屬的結晶第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三

第二節(jié)純金屬的結晶轉爐煉鋼生鐵的生產是以鐵礦石為原料，首先利用煉鐵設備冶煉成液體狀態(tài)的生鐵，然后再將其轉變成固體狀態(tài)；而鋼的生產是以生鐵為原料，在煉鋼爐內繼續(xù)冶煉，首先得到液體狀態(tài)的鋼，然后再將其澆鑄成固體狀態(tài)的鋼錠或鋼坯。金屬由液體轉變成固體的過程，實際上是一個金屬晶體形成的過程，稱之為“結晶”。第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三鋼錠澆鑄示意圖

a）澆鑄示意圖b）鋼錠

1—盛鋼桶2—滑動水口3—鋼錠模4—鋼液5—底盤金屬由原子不規(guī)則排列的液體轉變?yōu)樵右?guī)律排列的固體的過程稱為結晶。第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三一、純金屬結晶的相關概念與過程1.純金屬的冷卻曲線及過冷度熱分析法裝置示意圖1—電爐2—坩堝3—金屬液4—熱電偶純金屬的冷卻曲線第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三純金屬結晶時的冷卻曲線a）理論結晶溫度b）實際結晶溫度金屬的實際結晶溫度總是低于理論結晶溫度，這種現象稱為過冷。它們的溫度之差稱為過冷度。金屬結晶時過冷度的大小與冷卻速度有關。冷卻速度越快，金屬的實際結晶溫度越低，過冷度也就越大。第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三2.純金屬的結晶過程純金屬結晶過程示意圖結晶的過程是晶核的形成與長大的過程。第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三純金屬顯微組織圖第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二、金屬結晶后的晶粒大小對力學性能的影響晶粒大小對純鐵力學性能的影響在常溫下，金屬的晶粒越細小，其強度、硬度越高，塑性、韌性越好。第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三三、同素異構轉變

同素異構轉變——金屬在固態(tài)下隨溫度的改變由一種轉變?yōu)榱硪环N晶格的現象。以不同晶格形式存在的同一種金屬元素的晶體稱為該金屬的同素異構體。鐵是典型的具有同素異構轉變特性的金屬。純鐵的同素異構轉變可以用下式表示：第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三純鐵的冷卻曲線

γ-Fe到α-Fe的