1、知识目标知识目标 1 1了解晶体的基本概念了解晶体的基本概念； 2 2掌握金属晶体最常见的三种晶格结构掌握金属晶体最常见的三种晶格结构； 3 3了解晶体缺陷的类型及其对金属性能的影响；了解晶体缺陷的类型及其对金属性能的影响； 4. 了解晶粒大小对金属力学性能的影响以及细化了解晶粒大小对金属力学性能的影响以及细化晶粒的措施；晶粒的措施； 5. 了解常用合金的结晶规律和结晶相图了解常用合金的结晶规律和结晶相图。金属的晶体结构金属的晶体结构纯金属的结晶纯金属的结晶合金的晶体结构与结晶合金的晶体结构与结晶项目项目晶体晶体非晶体非晶体定义定义 原子呈有序、有规则排列的物质 原子呈无序、无规则堆积的物质
2、性能性能特点特点 具有规则的几何形状 有一定的熔点，性能呈各向异性 没有规则的几何形状 有固定的熔点，性能呈各向同性 典型典型物质物质 石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶 晶体和非晶体的对比晶体和非晶体的对比1.1.晶格、晶胞和晶格常数晶格、晶胞和晶格常数 为了形象地表示晶体中原子排列的规律，人为地将原子简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，形成的能反映原子排列规律的空间格架。晶晶 格：格： 晶体中能够完整地反映晶体特征的最小几何单元称为晶胞。晶晶 格：格： 晶胞的棱边长度。晶格常数晶格常数：2 2. .晶面和晶向晶面和晶向 在金属晶体中，由原子构成的
3、面，称为晶面： 通过两个或两个以上原子中心的直线，代表晶格空间的一定方向，称为晶向。立方晶格中不同方向的晶面与晶面指数立方晶格中不同方向的晶面与晶面指数立方晶格中不同方向的晶向与晶向指数立方晶格中不同方向的晶向与晶向指数 具有一定晶格类型的金属在晶体的各个晶面与晶向上原子排列的紧密程度是不同的，致使原子间的相互作用也就不同，因而使晶体在不同方向上的性能产生差异，这就是金属晶体产生各向异性的原因。名称名称结构特点结构特点晶胞示意图晶胞示意图典型金属典型金属体心立方晶格 晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、铌（Nb）、钽（Ta）及铁（-Fe）等面
4、心立方晶格 晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和六个面的中心金 （ A u ） 、 银（Ag）、铜（Cu）、铝 （ A l ） 、 铅（Pb）、镍（Ni）、及铁（-Fe）等名称名称结构特点结构特点晶胞示意图晶胞示意图典型金属典型金属密排六方晶格 晶胞是一个正六棱柱，原子除排列于柱体的每个顶点和上、下两个底面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子镁 （ M g ） 、 铍（ B e ） 、 镉（Cd）、锌（Zn）等1.1.单晶体与多晶体单晶体与多晶体 如果晶体内部的晶如果晶体内部的晶格方位（即原子排列的格方位（即原子排列的方向）完全一致，则这方向）完全一致，则这种晶体称为单晶体。种晶体称为
5、单晶体。 由许多晶粒组成的由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。晶体称为多晶体。多晶体示意图多晶体示意图2 2. .晶体中的缺陷晶体中的缺陷2 2） 线缺陷线缺陷 3 3） 面缺陷面缺陷1 1） 点缺陷点缺陷 晶体中位错密度的变化以及位错在晶体内的运动对金属的强度、塑性变化及组织转变等都有着极为重要的影响。金属强度与位错密度的关系如图所示，从图中可以看出，当金属处于退火状态（ = 106 108 cm-2 ）时，强度最低。位错密度的增加或降低都能提高金属的强度。冷塑性变形后的金属，其位错密度增高，强度增高。知知识识链链接接金属强度与位错密度的关系金属强度与位错密度的关系热分析法装置热分析法装置1热电
6、偶； 2液态金属； 3坩锅； 4电炉 热分析法绘制纯金属冷却曲热分析法绘制纯金属冷却曲线线结晶过程结晶过程不断地形核和晶核不断地形核和晶核不断长大的过程。不断长大的过程。 晶粒越细，塑性变形就越均匀，内应力集中越小；晶粒越细，晶界就越多，晶粒与晶粒间犬牙交错的机会就越多，彼此就越紧固，强度和韧性就越好。 细化晶粒细化晶粒的的方法方法：（1 1）增加过冷度增加过冷度（2 2）变质处理变质处理（3 3）振动处理振动处理形核形核率和率和长大长大速度速度与过与过冷度冷度的关的关系示系示意图意图 19世纪末，著名物理家居里在实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。
7、后来，人们把这个温度叫 “居里点”。 居里点也称居里温度或磁性转变点纯纯铁铁的的同同素素异异构构转转变变冷冷却却曲曲线线 同素异构转变不仅存在于纯铁中，而且存在于以铁同素异构转变不仅存在于纯铁中，而且存在于以铁为基体的钢铁材料中，这也是钢铁材料性能呈多种多样为基体的钢铁材料中，这也是钢铁材料性能呈多种多样的主要原因。在工业生产中，利用钢铁材料这一特性，的主要原因。在工业生产中，利用钢铁材料这一特性，通过加热和冷却以改变其内部组织，达到改变力学性能通过加热和冷却以改变其内部组织，达到改变力学性能的目的，以适应对材料使用性能和加工性能的要求的目的，以适应对材料使用性能和加工性能的要求。 组成合金最
8、基本的并能独立存在的物质称为组元，简称元。2.2.组元：组元： 指两种或两种以上金属元素或金属与非金属元素熔合在一起形成的、具有金属特性的物质，如黄铜是铜和锌组成的合金，钢和生铁是以铁和碳为主的合金。1.1.合合 晶：晶： 由给定组元可以配制成一系列不同合金，组成一个系统，称为合金系。3.3.合金系：合金系： 金属或合金中化学成分、晶体结构均相同的组成部分称为相。4.4.相：相： 合金中一个组元溶解其他组元，或组元间互相溶解而形成的均匀固相称为固溶体。实质上，固溶体是在一种金属的晶格中溶入一些其他合金元素而形成的。1.1.固溶体：固溶体：1)1)间间隙隙固固溶溶体体2)2)置置换换固固溶溶体体
9、间隙固溶体置换固溶体形成固溶体时的晶格畸变形成固溶体时的晶格畸变 金属化合物是指合金中各组元间按一定比例结合形成一种具有金属特性的晶体相。金属化合物的组成一般可用化学分子式来表示，如：铁碳合金中的渗碳体就是铁和碳组成的化合物。2.2.金属化合物：金属化合物： 纯金属、固溶体、金属化合物都是组成合金的基本相，由两相或两相以上组成的多相组织，称为机械混合物。3.3.机械混合物：机械混合物：1 1. .二元合金相图的测定二元合金相图的测定合金序号合金序号质量分数质量分数/ /(%)(%)结晶开始温结晶开始温度度()()结晶终了温结晶终了温度度()()CuCuNiNi1001000 01 0831 0
10、831 0831 083808020201 1751 1751 1301 130606040401 2601 2601 1951 195404060601 3401 3401 2701 270202080801 4101 4101 3601 3600 01001001 4521 4521 4521 452Cu-Ni合金相图测定2 2. .合金的结晶合金的结晶 3) 共析相图共析相图 利用固溶体溶解度随温度下降析出第二相的这种性质，利用固溶体溶解度随温度下降析出第二相的这种性质，可以采取工艺措施，使第二相呈片状、颗粒状或弥散点状分可以采取工艺措施，使第二相呈片状、颗粒状或弥散点状分布在基体上，以
11、提高材料的硬度和强度，这种方法称为沉淀布在基体上，以提高材料的硬度和强度，这种方法称为沉淀硬化，这也是提高金属强度的重要途径。第二相呈弥散点状硬化，这也是提高金属强度的重要途径。第二相呈弥散点状分布时，质点间的距离最小，阻碍位错运动的作用最大，因分布时，质点间的距离最小，阻碍位错运动的作用最大，因而其硬化的效果最好。但是，如果析出的是脆性相并沿晶界而其硬化的效果最好。但是，如果析出的是脆性相并沿晶界呈网状分布，就会使合金的塑性大大降低。呈网状分布，就会使合金的塑性大大降低。1 1. .力学性能与相图的关系力学性能与相图的关系相相图图与与合合金金强强度度和和硬硬度度之之间间的的关关系系2 2. .合金铸造性与相图的关系合金铸造性与相图的关系固溶固溶体合体合金成金成分与分与金属金属流动流动性的性的关系关系固溶固溶体合体合金成金成分与分与体积体积收缩、收缩、缩孔缩孔的关的关系系
