金属材料的组织结构

金属材料的组织结构
体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上，一 个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠。
具有体心立方晶格的金属有钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α铁(α-Fe, <912 ℃)等。大多具有较高的强度和韧性。
体心立方晶胞
金属材料的组织结构
体心立方晶胞特征：
（1）晶格常数
密排六方晶胞
金属材料的组织结构
密排六方晶胞的特征：
过冷度对于晶核形成率和成长速率的影响，主要是因为 在结晶过程中有两个因素同时在起作用：Leabharlann Baidu一是晶体与液体的自由能差（△F），是晶核形成和长大的驱
动力； 二是液体中原子迁移能力或扩散系数（D），是晶核形成和长
大的必须条件。 如图2—4、2—5所示。
金属材料的组织结构
三、晶粒大小的控制 (一)晶粒度对金属性能的影响
金属材料的组织结构
（二）金属结晶时的过冷现象 1、理论结晶温度 2、过冷现象
实际结晶过程只有在理论结晶温度以下才能进行的 现象叫过冷现象。
金属材料的组织结构
液态和固态自由能随温度变化的示意图以 及纯金属的冷却曲线
二、金属结晶的过程
金属材料的组织结构
➢ 金属的结晶过程分为三个方面进行表述：
1.液态——固态； 2.原子由液态下的无序状态——固态下的有序状态；
(三)细化晶粒方法及原理
1. 控制过冷度
V实增大，Tn降低，△T增大，为结晶过程提供了更多 的能量 。
2. 变质处理
在液态金属中加入一定变质剂（粉末状、细颗粒）， 促进形核，以增加晶核数目或抑制晶粒长大，从而细化晶 粒。
3. 机械振动法（如搅动）﹑超声波振动法等。
金属材料的组织结构
第二节 纯金属的晶体结构
a=b=c, α=β=γ=90°
金属材料的组织结构
（2）晶胞原子数
在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时属于8 个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这个晶胞。所以一个体心立方 晶胞所含的原子数为 2个。
(二)面心立方晶格
面心立方晶胞原子如何排列
一、晶格、晶胞、晶体常数
晶体结构： 晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。
晶格： 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线
将形成空间格架。这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原 子(或离子)平衡中心的位置。
晶体和晶格的示意图
金属材料的组织结构
晶胞：
金属材料的组织结构
能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞， 晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。晶胞的基本 特性即可反映该晶体结构(晶格)的特点。
金属材料的组织结构
金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中 心的原子与该面四个角上的原子紧靠。
具有这种晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、 银(Ag)、γ- 铁( γ-Fe, 912 ℃～1394 ℃)等。大都具有较
高的塑性。
面心立方晶胞
金属材料的组织结构
面心立方晶胞的特征：
程。
金属材料的组织结构
➢教学内容：
➢ 金属的结晶过程，结晶规律，纯金属的晶体结构，合金 的组织，铁碳合金平衡状态图。
➢重点、难点：
➢ 有关金属学的基本概念， ➢ 铁碳合金平衡状态图及其分析。
本章主要阅读文献：
金属材料的组织结构
1、周凤云主编. 工程材料及应用. 武汉：华中科技大 学出版社，2002。
晶格常数：
晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a、b、 c和三条棱边之间的夹角α、β、γ这六个参数来描 述。其中a、b、c 为晶格常数。 金属的晶格常数一 般为: 1×10-10 m～7×10-10 m。
晶胞和晶格常数示意图
金属材料的组织结构
二、常用金属的晶体结构 (一)体心立方晶格
体心立方晶胞原子如何排列
2、于永泗主编.机械工程材料. 大连：大连理工大学 出版社，2003。
3、卢秉恒主编. 机械制造技术基础. 北京：机械工 业出版社，1999 。
第一节
金属材料的组织结构
金属的结晶
一、金属结晶的有关概念 (一)晶体的概念
晶体：是指原子（离子﹑分子）在三维空间呈有规则的周期性 重复排列的物质。
特点：各向异性 具有规则的外形 具有固定的熔点
金属材料的组织结构
常温下，晶粒越细小，晶界面积越大，则强度和硬度越 高，同时塑性和韧性也越好，即综合机械性能好。
高温下，晶粒应适当粗化，其性能较好。因为高温下原子 沿晶界的扩散比晶内快，晶界对变形的阻力大大减弱所致。
(二)决定晶粒度的因素 晶粒度取决于N/G，其值越大，晶粒越细小。
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
➢教学目的与要求:
➢ 1.了解金属结晶过程及其规律。 ➢ 2.了解常用金属的晶体结构及同素异构对金属性能的影
响。 ➢ 3.掌握合金的基本相与基本组织及其对合金性能的影响。 ➢ 4.掌握合金的成分、组织与性能的关系。 ➢ 5.能利用铁—碳相图定性地分析铁碳合金成分、组织、性
能间的关系。 ➢ 6.能够分析平衡状态下典型成份铁碳合金的组织转变过
（1）晶格常数
a=b=c，α=β=γ=90°
（2）晶胞原子数 (个)
1/8*8+1/2*6=4
金属材料的组织结构
(三)密排六方晶格
密排六方晶胞原子如何排列
金属材料的组织结构
十二个金属原子分布在六方体的十二个角上，在上下 底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀分布三个 原子。
具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍 (Be)等。大多具有较大的脆性，塑性差。
3.原子由液态下的高速运动——固态下原子的低速运 动。
金属材料的组织结构
金属结晶过程示意图
1、晶胚； 2、晶核形成； 3、晶核长大和新的晶核产生； 4、晶核长大； 5、所有液态形成晶核
金属材料的组织结构
(一)形核方式
➢ 金属结晶时，由于结晶条件不同，可能出现两种不同的形核 方式：一种是自发形核，另一种是非自发形核。
➢ 1. 自发形核
➢ 当液态金属很纯净时，在足够大的过冷度之下，金属晶核将 从液相中直接形成，这种形核方式称为自发形核。
➢ 2. 非自发形核
➢ 在实际液态金属中，往往存在一些微小的固体微粒，晶核就 优先依附于这些现成的固体表面而形成，这种形核方式称为 非自发形核。
金属材料的组织结构
(二)过冷度对形核和晶核长大的影响