汽车工程材料教学课件作者王大鹏等3.1纯金属及合金课件.pptVIP

材料按照原子（离子或分子）在三维空间排列方式的不同，可分为晶体与非晶体两大类。 认识晶体 　　常用固态金属基本上都属于晶体，大部分非金属如氯化钠、天然金刚石、水晶等属晶体；而常用的石蜡、松香、塑料、玻璃、橡胶等属非晶体。 晶体与非晶体 纯金属是指仅由一种金属元素组成的金属。汽车中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。 （一）纯金属的晶体结构 晶体中原子（离子或分子）的空间排列方式称为晶体结构。为了便于描述晶体结构，通常将每一个原子抽象为一个点，再把这些点用假想的直线连接起来，构成空间格架，称为晶格 。 晶格：表示晶体中原子排列形式的空间格子。　　晶胞：组成晶格的最小的几何单元称为晶胞。 晶格参数： 晶胞的棱边长度a、b、c和棱边夹角α、β、γ（轴间夹角）。　　晶格常数： 晶胞中各棱边的长度，以埃(A)为单位，1A=10-8cm。通常数值在2.5～5.0A之间。简单立方晶格 a=b=c , α=β=γ  　 各种金属元素的主要差别就在于晶格类型和晶格参数的不同。 常见晶格类型 在元素周期表一共约有110种元素，其中80多种是金属，占2/3。而这80多种金属的晶体结构大多属于三种典型的晶体结构。它们分别是： 1、体心立方晶格（BCC） 2、面心立方晶格（FCC） 3、密排六方晶格（HCP） 1)体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠。?????? ??? 体心立方晶胞特征： ? 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90° 常见金属 具有体心立方晶格的金属有： 钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、 α-铁(α-Fe, 912℃)等，这类金属有相当大的强度和较好的塑性。 2）面心立方晶格（ FCC）  金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。 面心立方晶胞的特征： 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90° 常见金属 具有这种晶格的金属有： 铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、 银(Ag)、γ- 铁(? γ-Fe, 912℃～1394℃)等。? 常见金属 具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。????????? 几何特征 晶胞中的原子数 面心立方结构 n=8×1/8+6×1/2=4????体心立方结构 n=8×1/8+1=2????密排六方结构 n=12×1/6+2×1/2+3=6 ?致密度 是指晶胞中原子所占体积分数，即K = n v′/ V 。式中，n为晶胞所含原子数、v′为单个原子体积、V为晶胞体积。晶体中原子排列的紧密程度是反映晶体结构特征的一个重要因素。 面心立方与密排六方的致密度0.74均高于体心立方0、68 ，故称为最紧密排列。 2.实际的金属晶体结构  在理想状态下，金属的晶体结构是原子排列的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称为单晶体。单晶体必须专门人工制作，如生产半导体元件的单晶硅、单晶锗等。 单晶体在不同方向上具有不同性能的现象称为各向异性 　　在实际晶体中，由于某种原因，原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子排列的不完全性称为晶体缺陷。 1．纯金属的结晶过程 纯金属的结晶过程基本是在恒定的温度下进行的，其结晶过程的冷却曲线如图所示。　　 　 T0为纯金属的凝（熔）点，又称为理论结晶温度。当液态金属缓慢冷却到T0时，纯金属开始发生结晶。在实际生产中，液态金属的冷却速度速度相对较快，其实际开始结晶的温度Tn略低于T0。液态金属在冷却到理论结晶温度T0以下还未结晶的现象，称为过冷现象。理论结晶温度 T0与开始结晶温度Tn之差叫做过冷度，用△T表示，即△T= Tn– T0，过冷度△T与冷却速度是密切相关的，冷却速度越大，△T越大，冷却速度越小，△T越小。　　　 液态金属的结晶过程分为两个阶段，即晶核形成与核长大的过程。当液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为核心不断以树枝状方式长大。在这些晶核长大的同时，又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失，全部凝固为固态金属。 2.晶核的长大方式—树枝状  ??? 金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好。铸造生产中为了得到细晶粒的铸件，常采取加快冷却速度、变质处理、振动等几种方法。?? 三）细化晶粒的途径 合金( alloy )：