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金属的组织结构特点

时间: 2011-07-11 09:01 来源: 作者: 点击:

 
作为研究金属相变问题的基础,首先简要地回顾一下金属的组织结构特点。 

1 液态金属的结构 

对于液态金属结构的研究是通过三种方法进行的,一是通过固液态、固气态转变前后金属物理性质的变化,判断液态金属的原子结合状况。二是通过X射线或中子线结构分析,研究液态金属中原子的排列。三是在假想模型的基础上进行实验模拟研究。大量研究表明,在熔点以上不高的温度范围里,液态金属在结构上具有以下特点: 

(1) 在液态金属中,原子以原子团的方式存在,在原子团内部原子的排列有一定的规律性,与固态相比,原子团内部原子的间距增加不大。这个性质我们把它概括为“近程有序性”。 
(2) 液态金属中原子热运动的能量较大,存在着较大的能量起伏和温度起伏。 
(3) 由于液态金属中原子具有较大的热运动能量和能量起伏,原子集团内部具有较大能量的原子就可能克服邻近原子的束缚,成簇地脱离原来的原子集团而加入到邻近的集团中,或组成新的集团。同时,原子集团之间的距离较大,比较松散,犹如存在“空穴”,这些空穴同样在不停地变化。因此,在液态金属中,所有的原子集团和空穴都处于瞬息万变状态,时而长大,时而变小,时而产生,时而消失,此起彼伏,犹如在不停地游动。液态金属的这种结构特点可以归纳为“结构起伏”。 
(4) 当金属中含有第二种原子时,不同原子集团中含有的第二种原子的浓度不尽相同,伴随着原子集团的“游动”,液态金属内出现浓度起伏。 
(5) 对于实际金属,由于杂质元素和未熔相质点的存在,液态金属除具有上述的近程有序、能量起伏、结构起伏、浓度起伏外,还具有相质点的起伏。 

液态金属的这种结构特性对金属的结晶起重要作用。 

2 固态金属结构的不完整性 

固态金属是由许多晶粒组成的,在晶粒内部原子按一定的规律排列,即所谓长程有序性。对于理想的完整晶体,在有关的金属学教材中已有详尽的介绍,这里着重回顾金属晶体的不完整性。 

在金属晶体中,原子并非静止不动的,而是以其平衡位置为中心不停地进行热振动。虽然在一定的温度下原子热振动的平均能量是相等的,但是每个原子的能量却不相等,而且经常变化,此起彼伏。在任何瞬间,总有一些原子的能量大到足以克服周围原子对它的束缚作用,从而脱离其原来的平衡位置而迁移到别处,结果在原来的位置上出现了空位。如果离开平衡位置的原子迁移到晶体点阵的间隙中,还会同时形成间隙原子。 

晶体中的空位和间隙原子不是固定不动的,而是不断的产生、消失,不停地运动、变化。这使金属晶体在成分和结构上存在一定程度上的不稳定现象。 

除此而外,固态金属中还存在着刃型位错和螺型位错等线缺陷、以及晶界等面缺陷,这使实际金属晶体在成分和结构上存在严重的不均匀性。 

凡此种种金属晶体的不完整性,构成了实际金属结构的不稳定性,并对晶体的相变产生重要影响。 
 

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