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三、金属的结晶 退出 下一页 上一页 新余学院 李玉平制作 退出 下一页 上一页 南昌大学 京玉海制作 第二章 金属的晶体结构和结晶 一、基本概念 1、晶体与非晶体 晶体具有三大特点： a.原子或离子作规则排列 b.具有固定的熔点 c.各向异性 2、晶格、晶胞、晶格常数 晶格：为了便于表明晶体内部原子排列规律，把每个原子看成一个点，点与点之间用直线连接起来而形成的空间格子。 晶胞：能反映晶格原子排列特征的最小几何单元。 晶格常数：晶胞中各棱边的长度。 a 二、常见金属晶体结构 1、体心立方晶格 原子分布：在立方体的各顶点及立方体中心各有一个原子 晶格常数：a=b=c 原 子 数： 1/8×8＋1=2个 举 例：α-Fe、Cr、Mo、W、V等 原子半径： 2、面心立方晶格 原子分布：在立方体的各顶点及各面的中心各有一个原子 晶格常数：a=b=c 原子半径： 原 子 数： 4个 致 密 度：0.74 举 例：γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb等 a 3、密排六方晶格 原子分布：在六方柱体的各个顶点及上下底面的中心各有一 个原子，在上下底面的中间还有三个原子。 晶格常数：a=b≠c，c=1.633a 原子半径： 原 子 数： 1/6×12＋1/2×2＋3=6个 致 密 度：0.74 举 例：Zn、Mg、Be等 致密度 原子半径 原子数 密排立方晶格 面心立方晶格 体心立方晶格 晶格类型 比较项目 2个 4个 6个 0.68 0.74 0.74 温度 时间 1、结晶的概念 金属由液体转变为晶体的过程称为结晶，即从液态的无序状态冷却转变为原子有规则排列的晶体结构。 ①纯金属的结晶是在恒温下进行的。它的结晶过程可用冷却曲线表示。 T0 Tn ● 结晶终了点 结晶开始点 实际结晶温度 理论结晶温度 ● ②金属的结晶必须在一定的过冷度下进行。过冷是金属结晶的必要条件。 △T＝T0－Tn V冷↑→△T↑ ③ 结晶过程 晶核的形成 自发形核 非自发形核 晶核的长大 晶粒愈细，其强度、硬度愈高，而且塑性和韧性也愈好。这种现象称为“细晶强化” 。 晶粒数目 形核率 长大速度 N G 形核率N 长大速率G 过冷度△T 2、晶粒大小对材料性能的影响 在结晶时，由每个晶核长成的晶体叫晶粒。晶粒之间的接触面叫晶界。 细化晶粒的方法： ⑴增加过冷度 在过冷度不大的情况下：△T↑→N↑↑、G↑→N/G↑→Z↑ ⑵变质处理：将某些高熔点的物质加入熔融的金属内，这些物质的质点起着外来晶核的作用，因此等于增加了晶粒的数目，使每个晶核长大的余地变小，长成的晶粒也就愈细。 ⑶其它：如附加振动、搅拌等 四、同素异晶转变 一种金属能以几种晶格类型存在的性质叫同素异晶性。 金属在固态下改变其晶格类型的过程叫同素异晶转变。 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 1538℃ 1394℃ 912℃ 温度 （℃） 时间 ⑵由于固态下原子的扩散比液态困难得多，因此，金属的同素异晶转变具有较大的过冷倾向。 ⑶金属的同素异晶转变往往伴随着体积的变化，因而容易在金属中引起较大的内应力，故易引起金属材料的变形。 它与液态金属结晶相比，其主要特点是： ⑴金属的同素异晶转变过程也是形核与长大的过程，结晶时有一定的转变温度并放出结晶潜热。 五、实际金属的晶体结构 1、单晶体与多晶体 如果晶体内原子排列规则且具有周期性，即晶格排列位向完全一致，这样的晶体称为单晶体。单晶体具有各向异性的特征。 工程上实际应用的金属材料大多是多晶体，它是由许多颗内部晶格位向相同，而相互间位向不同的小晶体组成的。 空位 间隙原子 2、晶体缺陷 点缺陷 空位 间隙原子 线缺陷 刃型位错 面缺陷 晶界 螺型位错 亚晶界 六、合金的结构 合金：由两种或两种以上的金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的物质。 组元：组成合金的最基本的物质。 相：合金中具有相同化学成分、相同晶体结构的均匀的部分。相与相之间有明显的分界面。 1、固溶体 定义：两组元在固态下彼此互相溶解，从而形成成分和性能均匀的固态合金。 分类 置换固溶体 间隙固溶体 晶格类型特点：保持溶剂的晶格类型 性能特点：产生固溶强化