一金属的结构与结晶课案.ppt

第一章 金属的结构与结晶 金属的晶体结构 一 晶体与非晶体 物质是由原子和分子构成的，其存在状态可分为气态、液态和固态。固态物质根据其结构特点不同分为晶体和非晶体。 金属的晶体结构 晶体与非晶体的对比 项目 晶体 非晶体 性能 特点 典型 物质 具有规则的几何形状 有一定的熔点，性能呈各向异性（ 在各方向上表现出不同的性能） 没有规则的几何形状 没有固定的熔点，性能呈各向同性 石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜 糖、味精 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶 二 金属的晶体类型 金属的晶体结构 金属的晶格类型是指金属中原子排列的规律。如果把金属原子看做一个直径一定的小球，则某金属中原子的排列情况如图所示。为了更清楚地表示晶体中原子排列的规律，可将原子简化为一个质点，叫做阵点，因此原子的排列就形成了点的方阵，叫做点阵。再用假想的线将它们连接起来，这样就形成了一个能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格。由图所见，晶格是由许多形状、大小相同的小几何单元重复堆积而成的。我们把其中能完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞。 晶胞 常见的三种金属晶格类型 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。 金属的晶体结构 金属的晶体结构 常见的三种金属晶格类型 面心立方晶格：晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的中心。 金属的晶体结构 常见的三种金属晶格类型 密排立方晶格：晶胞是一个正六棱柱，原子位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。 即使是相同原子构成的晶体，只要原子排列的晶格形式不同，则它们之间的性能就会存在很大的差别，如金刚石和石墨。 金刚石是体心六方晶体，而石墨是六方片层晶格。 金属的晶体结构 三 单晶体与多晶体 单晶体是只由一个晶粒组成的晶体。 多晶体是由很多大小、外形和晶格排列方向均不 相同的小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒交界的地方称为晶界。 金属的晶体结构 晶粒 晶界 四、 晶体的缺陷 实际上由于各种原因，金属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，我们把这种晶体中原子紊乱排列的现象称为晶体缺陷。 晶体缺陷对金属材料的许多性能都有很大的影响，特别是在金属的塑性变形和热处理过程中起着重要作用。 金属的晶体结构 点缺陷 金属的晶体结构 线缺陷：位错 金属的晶体结构 面缺陷 是指在晶体的空间中分布着的较大的缺陷。常见的有晶界和亚晶界。 金属的晶体结构 工业上使用的金属材料通常要经过液态和固态的加工过程。例如制造机器零件的钢材，要经过冶炼、注锭、轧制、锻造、机加工和热处理等工艺过程。生产上将金属的凝固称为结晶。 结晶是指金属从高温液体状态凝固为固体（晶体）状态的过程，在结晶过程中会放出一定的热量，称为结晶潜热。 纯金属的结晶 一 纯金属的结晶过程 纯金属的结晶 金属的结晶必须在低于其理论 结晶温度（熔点T0）下才能进行， 理论结晶温度和实际结晶温度之间 的存在的温度差称为过冷度。金属 结晶时，过冷度的大小与冷却速度 有关，冷却越快，其实际结晶的温 度就越低，过冷度也就越大。 液体 同素异构转变 无铁磁性 铁磁性 纯铁的冷却曲线 纯金属的结晶 二、晶粒大小对金属材料的影响 纯金属的结晶 铸造中为了得到细晶粒的铸件，常采用以下方法： 一、增加过冷度 金属结晶过程中过冷度越大，冷却速度越快，晶粒则越细。 薄壁铸件的晶粒较细；厚大的铸件往往为粗晶，铸件外层的晶粒较细，心部则是粗晶。 晶粒大小对金属材料的影响 纯金属的结晶 二、变质处理 生产中最常用的细化晶粒方法是变质处理，即在浇注前向液态金属中加入一些细小的形核剂，以提高形核率或降低长大速度。 晶粒大小对金属材料的影响 三、振动处理 金属在结晶时，对液态金属采取机械振动、超声波振动和电磁振动等措施，使生长中的晶枝破碎而细化，而且破碎的晶枝又可作为结晶核心，从而达到提高形核率、阻碍晶粒长大的双重目的，以细化晶粒。 晶粒大小对金属材料的影响 简答题 1、金属中主要的三类晶格结构，以及他们的晶胞各有什么特点。 2、晶体在结构上有哪些缺陷？ 3、什么是结晶？结晶的过程是什么？ 4、简述铸件在浇注过程中，细化晶粒的方法。