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金属结构与组织

时间: 2011-07-09 06:08 来源: 作者: 点击:
一 金属的晶体结构

一、金属的组成及一般特性

1.金属的组成:

(1) 原子结合的特点

a.靠金属键,电子共有化;
b.正、负原子与电子之间排列的具体形式没有特殊要求。

2. 金属的特性

a.良好的导电性,导热性;
b.强度高;
c.具有塑性;
d.具有一定光泽;
e.晶体特性:有规则排列;有固定熔点;各向异性。

二、纯金属的晶体结构(7大类,14种)

1.晶体的基本概念:

a.晶格:利用假想直线将各阵点连接起来,使其构成三维空间格子


晶胞、晶轴和点阵矢量 晶胞

b.晶胞:晶格中最能代表原子排列规律的最小几何单元

c.晶格常数:晶胞三维方向尺寸

表示方法:用 a、b、c单位Å (1 Å=10-8cm)和棱角夹角 α、β、γ

2.金属常见晶体结构

a.体心立方结构(bcc) a=b=c α=β=γ=90°每个晶胞中含有 2 个原子

b.面心立方晶格(fcc) a=b=c α =β =γ =90°每个晶胞中含有 4 个原子

c.密排六方晶格(正六棱柱)(hcp) a=b≠c,α=120°,β=γ=90,每个晶胞中有6个原子

3.晶体结构的致密度

致密度:反映晶体中原子排列的紧密程度。用原子体积与晶胞体积之比来表示.金属晶胞体积中原子所占有得体积百分数.

表示方法: K=nv/V 其中n 为晶胞原子数;v是一个原子体积;V是晶胞体积.

a.体心立方 K=68%
b.面心立方 K=74%
c.密排六方 K=74%

4.晶面和晶向

① 晶面:晶格中各个方位的原子层所构成的平面
② 晶向:晶格中各种原子排列的位向。
③ 晶面族:晶向族

二 实际金属的晶体结构

一、实际金属的多晶体结构

1.单晶体:由一个核心(称为晶核)生长而成的晶体

特征:同一位向 如金刚石、水晶单晶硅等

2.多晶体:由不同位向的小晶体所组成

特性:整体无各向异性

a.晶粒:每一个小晶体称为一个晶粒
b.晶界:晶粒与晶粒之间的晶面称为晶界;多晶体金属中,结构、成分相同但位向不同的相邻晶粒之间的界面

二、金属晶体的缺陷

1.晶体缺陷:实际晶体中原子偏离规则排列的局部区域

2.晶体缺陷的三种形式

a.点缺陷:4种类性
b.线缺陷:又称位错,是晶体中某一处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。
分刃型位错和螺型位错两类。
c.面缺陷:主要有晶界亚晶界。

晶界的许多特性都是由晶界原子排列混乱导致能量较高所造成的。

3.晶体缺陷对金属材料带来的性能影响

缺陷的存在对金属的物理性能和机械性能都有一定的影响,利用缺陷强化金属;
点缺陷:固溶强化;
线缺陷:加工硬化;面缺陷:细晶强化

三 金属晶体的形成

一、金属结晶的概念

1.结晶:由液态金属转变为固态金属的过程称凝固。

金属的凝固主要是晶核形成和晶体长大的过程,所以也称为结晶。

2.金属结晶的研究方法

热分析法得金属的冷却曲线

3.现象

T0温度:平衡结晶温度(理论结晶温度);
Tn温度:实际结晶温度;
△T=T0-Tn :过冷度

二、金属结晶的条件

1.必要条件:

① 过冷度: △T=T0-Tn


纯金属的冷却曲线

②发过程,由结晶时的能量条件决定的

两相的自由能差值△F是两相间发生相转变的驱动力。过冷度越大,液态和固态的相的自由能差越大,即相变驱动力越大,所以凝固速度越快。

③ 影响△T的因素(△T不是一个恒定值)

a.金属本性
b.杂质。金属越纯过冷度越大
c.冷却速度 冷却速度越大,过冷度越大(滞后现象)

2.另一个条件 :

原子扩散(基本存在的)---- 结构起伏;
与温度有关,温度升高,扩散增强

三、金属结晶的过程和规律

1.结晶过程

① 晶核:a.自发:均匀形核
b.非自发:非均匀形核

② 晶粒形成与长大

2.结晶的速度和结晶后晶粒的大小

① 形核率 n ② 长大率 G
两者均与过冷度有关

3.晶粒大小(粗细)对金属性能的影响

升高 HB 升高 改善

4.控制晶粒大小的措施

① 增大过冷度 不同型壁 大铸铁:加冷铁
② 变质处理 增加非自发形核
③ 振动

(end)

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