金属工艺学第2章课件.ppt

1、1掌握晶体结构的基本知识；掌握金属的实际晶体结构；掌握纯金属及合金的结晶；理解和认识同素异构转变现象。2认识不同金属的晶体结构特征，能够从宏观和微观两个角度研究材料的不同性能表现；善于利用所学的微观理论知识对材料的宏观性能表现进行分析。32 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1晶体结构的基本概念 为了便于描述晶体内部原子排列的规则，假设将原子抽象为一个点，称之为结点；再用假想的直线连接结点，形成空间格架，这种假想的空间格架称为结晶格子，简称晶格。42 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1晶体结构的基本概念晶体中的原子堆积模型晶体中的原子堆积模型晶格的抽象模型晶格的抽象模

2、型52 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1晶体结构的基本概念 晶体的晶格在空间排列有周期性重复的特点。通常把晶格中具有空间排列规则特征的最小几何单元称为晶胞。晶格就是由许多形状、大小和位向相同的晶胞在空间重复叠堆而成的。2 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1晶体结构的基本概念晶胞示意图晶胞示意图72 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1晶体结构的基本概念 晶胞三个棱边的长度称为晶格常数，用a、b、c表示，棱边夹角用、表示。当a=b=c和=900时，这种晶胞称为简单立方晶胞。2 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1晶体结构的基本概念晶胞的晶体常

3、数、棱边夹角示意图晶胞的晶体常数、棱边夹角示意图92 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1晶体结构的基本概念 金属晶体中通过原子中心所构成的不同方位上的原子面称为晶面。通过原子中心所构成的不向方向上的原子列，可以代表晶格空间的一定方向，称为晶向。由于晶体中不同晶面和晶向上原子排列的紧密程序不同，原子间的结合力大小也就不同，从而在不同的晶面和晶向上会显示出不同的性能，即，晶体的各向异性。晶体的这种特性在力学性能、物理性能和化学性能上都能表现出来，并在工业生产中有所应用。102 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.2金属中常见的晶体结构112 2.1.1金属的晶体结构金属的晶

4、体结构2.1.2金属中常见的晶体结构122 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.2金属中常见的晶体结构132 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.2金属中常见的晶体结构三种常见金属晶格的结构特点三种常见金属晶格的结构特点 晶粒在相同条件下具有相同的晶格晶粒在相同条件下具有相同的晶格排列规则，即晶格结构相同，但彼此晶排列规则，即晶格结构相同，但彼此晶格位向不同。多晶体中每个外形不规则格位向不同。多晶体中每个外形不规则的小晶体称为晶粒，晶粒与晶粒的界面的小晶体称为晶粒，晶粒与晶粒的界面就是晶界。只有采用专门的方法，才能就是晶界。只有采用专门的方法，才能获得晶格位向完全一致的晶体

5、，即单晶获得晶格位向完全一致的晶体，即单晶体。实际金属的多晶体结构对金属的性体。实际金属的多晶体结构对金属的性能有很大的影响。能有很大的影响。2.1.3金属的实际晶体结构2 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.3金属的实际晶体结构2 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构多晶体示意图多晶体示意图2.1.3金属的实际晶体结构2 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.3金属的实际晶体结构2 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷2.1.3金属的实际晶体结构2 2.1.1金属的晶体结构金属的晶体结构实际金属晶体的特点、形式及对性能的影响实际金属晶体的特点、形式及对性

6、能的影响2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.1纯金属的结晶 金属的结晶是：金属原子的聚集状态由无规则的态，转变为规则排列的固态晶体的过程。t=tm-t1过冷度过冷度:是金属结晶过程自发进行的必要条件。是金属结晶过程自发进行的必要条件。2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.1纯金属的结晶金属冷却曲线金属冷却曲线2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.1纯金属的结晶纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程1）金属的结晶过程）金属的结晶过程2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.1纯金属的结晶2）晶粒大小及其控制）晶粒大小及其控制

7、（1）晶粒大小对金属性能的影响）晶粒大小对金属性能的影响纯铁晶粒大小对其强度和塑性的影响纯铁晶粒大小对其强度和塑性的影响2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.1纯金属的结晶（2）晶粒大小的控制）晶粒大小的控制 提高冷却速度增大过冷度是细化晶粒的有效手段，也是细晶强化的常用方法。在结晶过程中进行变质处理，也是常用的控制手段。变质处理是在液态金属浇注前专门加入可成为非自发晶核的固态变质剂，增加晶核数，提高形核率，达到细化晶粒的目的。通常在钢中加入铝、钒等；铝合金中加入钛、锆等。此外，还有采用机械振动、超声振动和电磁振动等方法，使结晶过程中形成的枝晶折裂碎断，增加晶核数，达到细化

8、晶粒的目的。2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.1纯金属的结晶2）柱状晶粒区柱状晶粒区1）表层细晶粒区表层细晶粒区3）中心等轴晶粒区中心等轴晶粒区2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.1纯金属的结晶铸锭组织剖面示意图铸锭组织剖面示意图2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.2合金的结晶 1 1）合金：）合金：合金是：一种金属与另一种或几种金属、非金属熔合组成的，具有金属特性的物质。2 2）组元：）组元：组元是：组成合金的最基本的、独立的物质，简称元。通常是组成合金的元素或某些稳定的化合物。由2个组元组成的合金称二元合金，3个组元组成的

9、称三元合金依此类推。2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.2合金的结晶 3 3）相：）相：相指：金属或合金中化学成份相同、结构相同或原子聚集状态相同，并与其他部分之间有着明确界面的独立均匀组成部分。4 4）组织：）组织：组织指：用肉眼可直接观察的，或用放大镜、显微镜能观察分辨的材料内部微观形貌图像。通常又把借助金相显微镜、电子显微镜观测的内部微观形貌图专门称为“显微组织”。2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.2合金的结晶（1 1）间隙固溶体）间隙固溶体1）2）3）（2 2）置换固溶体）置换固溶体292 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.2合金的结晶固溶体的类型固溶体的类型30 不同成分的合金，在高温液态时通常为均匀单相熔液，而在冷却结晶后，可形成单相的固溶体组织或金属化合物组织，但更多的是形成由几种固溶体或固溶体和化合物组成的多相组织，并且随温度等条件变化，组成相还会变化。一定成分的合金在一定温度究竟形成什么组织，通常可由合金相图来确定。2 2.2 2纯金属及合金的结晶纯金属及合金的结晶2.2.2合金的结晶312 2.3 3金属的同素异构转变金属的同素异构转变纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线