工程材料的组织结构培训资料

第二章工程材料的组织结构

2.1纯金属的晶体结构与结晶

2. L 1金属的晶体结构

定熔点,各向异性

如:金刚石.石墨等如:

松香.沥青等

非晶体定熔点,各向同性

非晶体:

晶体

金刚石、NaCl ＞冰等。

蜂蜡、

玻璃等。

1晶体结构的基本概念•晶体结构

(T 原子中心位置

晶胞▲ z

2常见的金属晶体结构

(1)体心立方晶格bcc

(2 )面心立方晶格fee

(3 )密排“弋方晶格hep

(1)体心立方晶格bcc

a-Fe. W. V. Mo 等▲

=Va /Vc,其中

Vc:晶胞体积a 3

Va:原子总体积2x47^3/3

晶格常数：a=b=c;

a=P=丫=90。

致密度：0.6

Z

体心立方晶胞

(2 )面心立方晶格fee

晶格常数：a=b=c;

a=p=丫=90。

致密度:0.74

(3 )密排六方晶格hep 晶格常数：

底面边长a

底面间距c

侧面间角

120。

侧面与底面夹角90。

致密度：0.74 Mg. Zn 等

2.1.2实际金属的晶体结构

1多晶体结构

多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。

晶粒

(1)点缺陷

间隙原子

如果间隙原子是其它元素就称为异类

原子(杂质原子)

刃位错

• • ••• •

•

• • • •• T^i

亚晶界

亚晶界

亚晶界是由一系列刃型位错构成的角度特别小的晶界＜原子排列不规则,产生晶格畸变

2.1.1纯金属的结晶

结晶：液体—> 晶体

凝固：液体->体（晶体或非晶体）

金属结晶的基本规律

2(1)冷却曲线与过冷度

3冷却曲线：热分析实验测绘4理论结晶温度T

5过冷度T

冷却曲线

T

To

Tn 就县应老侖一宝的

过冷廈（克服界面能）

AT= To - Tn

理论结晶温度

0开始结晶温度

冷却速度越大，则过冷度越大。

时可一‘

液态金属不同冷却遠度时的冷却曲

线

(2 )结晶的一般过程

形核和晶核长大的过程液态金属形核

完全结晶晶核长大

夕

自发晶核：由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。

mE自发晶核:是依附于外来杂质上生成的晶核。

自发晶核和非自发晶核同时存在于金属液中,

非自发晶核比自发晶核更重要,起优先和主导作

树枝状

生长平面生长

2金属结晶后的晶粒大小

(1 )晶粒大小对金属力学性能的影响

(2 )晶粒大小的控制

形核率N :单位时间内在单位体积中产生的晶核数；长大率G :单位时间内晶核长大的线速度。

▲T越大,形核率N.长大率G越大。

2.2合金的晶体结构与结晶

2.2.1合金的相结构

合金的相结构

置换固溶体

间隙固溶体

溶体的性能

常见金属化合物：正常价化合物

电子化合物间隙化合物

z

L

匀晶合金的结晶过程匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。

液相线铮锡合金共晶相图

Sn%

表示从c 点到e 点 范围的合金,在 该温度上都要发 生不同程度上的 共晶反应。

址晶占 表示d 皆成务的合 金冷却到此温度 上发生完全的共 晶转变。

共晶反应线 LdO a c + 3e

共晶反应要点

・共晶转变在恒温下进行。

・转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。・存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。

・成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。

S

标注了组织组成物的相图

Fb Sn,%

K 盘舉

2相图与性能的关系

1）合金的力学性能与相图的关系

•固溶体中溶质浓度f-＞强度、硬度f

•组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。

Ts iA

T>-Ww

Tool

Tool

合金的使用性能与相图的关系（示意图）

A

E, %

A

2）合金的工艺性能与相图的关系 •铸造性能

液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金）, 则流动性好，不易形成分散缩孔。 单相固溶体合金， 变形抗力小，变形均匀, 不易开裂。

A

合金的铸造准能与相图的关系（示

•锻造、轧制性能

B

A

集中;

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