第二章金屬的力學(xué)性能

1、第二章：金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 2-1金屬的晶體結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目的：了解金屬的晶體結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)：有關(guān)金屬結(jié)構(gòu)的基本概念： 晶面、晶向、晶體、晶格、單晶體、晶體，金屬晶格的三種常見(jiàn)的類(lèi)型。難點(diǎn)：金屬的晶體缺陷及其對(duì)金屬性能的影響。2-1金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體1、晶體：晶體：所謂晶體是指其原子（離子或分子）在空間呈規(guī)則排列的物體。（晶體內(nèi)的原子之所以在空間是規(guī)則排列，主要是由于各原子之間的相互吸引力與排斥力相平衡的結(jié)果。）原子在空間呈規(guī)則排列的固體物質(zhì)稱(chēng)為原子在空間呈規(guī)則排列的固體物質(zhì)稱(chēng)為“晶晶體體”。2、 非晶體：非晶體：在物質(zhì)內(nèi)部，凡原子呈無(wú)序堆積狀態(tài)的（如普通玻璃、松香、樹(shù)脂等）。非晶體的原子則是

2、無(wú)規(guī)律、無(wú)次序地堆積在一起的。非晶體的原子則是無(wú)規(guī)律、無(wú)次序地堆積在一起的。二、晶體結(jié)構(gòu)的概念1、晶格和晶胞晶格和晶胞晶格：晶格：把點(diǎn)陣中的結(jié)點(diǎn)假想用一系列平行直線連接起來(lái)構(gòu)成空間格子稱(chēng)為晶格。晶胞：晶胞：構(gòu)成晶格的最基本單元。2、晶格常數(shù)晶格常數(shù)a （） 晶胞的棱邊長(zhǎng)度稱(chēng)為晶格常數(shù)。3、晶面和晶向、晶面和晶向晶面：晶面：點(diǎn)陣中的結(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的平面。晶向：晶向：點(diǎn)陣中的結(jié)點(diǎn)所組成的直線。由于晶體中原子排列的規(guī)律性，可以用晶胞來(lái)描述其排列特征。（陣點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）：把原子（離子或分子）抽象為規(guī)則排列于空間的幾何點(diǎn)，稱(chēng)為陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)。點(diǎn)陣：陣點(diǎn)（或結(jié)點(diǎn)）在空間的排列方式稱(chēng)晶體。 晶體晶體 晶格晶格 晶胞晶胞

3、 晶面晶面 晶向晶向晶體規(guī)則排列示意圖晶體規(guī)則排列示意圖三、三、金屬晶格的類(lèi)型金屬晶格的類(lèi)型 指金屬中原子排列的規(guī)律。1、體心立方晶格：體心立方晶格：體心立方晶格的晶胞是由八個(gè)原子構(gòu)成的立方體，并且在立方體的體中心還有一個(gè)原子。（實(shí)際上每個(gè)體心立方晶胞中僅包含有2個(gè)原子）屬于這種晶格的金屬有：鉻Cr、釩V、鎢W、鉬Mo、及-鐵-Fe2、面心立方晶格：面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八個(gè)原子構(gòu)成的立方體，但在立方體的每個(gè)面上還各有一個(gè)原子。（實(shí)際上每個(gè)體心立方晶胞中僅包含有4個(gè)原子） 屬于這種晶格的金屬有：Al、Cu、Ni、Pb（Fe）等3、密排六方晶格：密排六方晶格：由12個(gè)原子構(gòu)成的簡(jiǎn)

4、單六方晶體，且在上下兩個(gè)六方面心還各有一個(gè)原子，而且簡(jiǎn)單六方體中心還有3個(gè)原子。 （實(shí)際上每個(gè)體心立方晶胞中僅包含有6個(gè)原子）四、晶體的缺陷四、晶體的缺陷1、晶體缺陷：晶體缺陷：晶體中出現(xiàn)的各種不規(guī)則的原子堆積現(xiàn)象。1）空位、間隙原子和置代原子 晶體中的空位、間隙原子、雜質(zhì)原子都是點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷。2）位錯(cuò)可認(rèn)為是晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體的位錯(cuò)局部滑移而造成。滑移部分與未滑移部分的交界線即為位錯(cuò)線。 （ 線缺陷）線缺陷）3）晶界和亞晶界【小結(jié)】【作業(yè)】2-2純金屬的結(jié)晶學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的：掌握金屬結(jié)晶的概念，純金屬冷卻曲線、及過(guò)冷度。掌握純金屬的結(jié)晶過(guò)程。熟悉掌握晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的

5、影響及常用細(xì)化晶粒的方法。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的概論，掌握鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變式。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：細(xì)化晶粒的方法及晶粒大小對(duì)力學(xué)性能的影響是教學(xué)的難點(diǎn)。純金屬冷卻曲線及過(guò)冷度是教學(xué)重點(diǎn)。教學(xué)過(guò)程。復(fù)習(xí)舊課：復(fù)習(xí)舊課：1、晶體結(jié)構(gòu)的概念。2、常見(jiàn)的三種金屬晶格類(lèi)型。3、晶體的缺陷。導(dǎo)入新課：金屬由原子不規(guī)則排列的液體金屬由原子不規(guī)則排列的液體轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的固體的轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的固體的過(guò)程稱(chēng)為結(jié)晶。過(guò)程稱(chēng)為結(jié)晶。一一、純金屬的冷卻曲線及過(guò)冷度。、純金屬的冷卻曲線及過(guò)冷度。1）金屬的結(jié)晶必須在低于其理論結(jié)晶溫度（熔點(diǎn)To )下才能進(jìn)行。2）理論結(jié)晶溫度和實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱(chēng)這“過(guò)冷度”（T=To-T1）

6、。3）金屬結(jié)晶時(shí)過(guò)冷度的大小與冷卻速度有關(guān)。（冷卻速度越快，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度也就越大。）（冷卻速度越快，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度也就越大。）二二、純金屬的結(jié)晶過(guò)程純金屬的結(jié)晶過(guò)程在一定過(guò)冷度的條件下，金屬液通過(guò)晶核形成 、晶核長(zhǎng)大來(lái)完成其結(jié)晶過(guò)程。三、單晶體與多晶體三、單晶體與多晶體1、晶粒：晶粒：金屬是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶體組成的，小晶體稱(chēng)為晶粒。2、晶界：晶界：晶粒間交界的地方稱(chēng)為晶界。3、單晶體：?jiǎn)尉w：只由一個(gè)晶粒組成的晶體。（晶格排列方位完全一致。必須人工制作，如單晶硅。）4、多晶體：多晶體：整個(gè)物體是由許多雜亂無(wú)章的排列著的小晶體組成的。

7、（普通金屬材料都是多晶體）四四、晶粒大小對(duì)金屬材料的影響、晶粒大小對(duì)金屬材料的影響（一般室溫下，細(xì)晶粒金屬具有較高的強(qiáng)度和韌性。）（一般室溫下，細(xì)晶粒金屬具有較高的強(qiáng)度和韌性。）1、金屬晶粒大小取決于結(jié)晶時(shí)的形核率 、長(zhǎng)大速度。細(xì)化晶粒，則要形核率越高、長(zhǎng)大速度越慢。2、常用的細(xì)化晶粒的方法：A、增加過(guò)冷度 B、變質(zhì)處理 C、振動(dòng)處理。2-3 2-3 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1、金屬在固態(tài)下，隨溫度的改變有一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪痪Ц竦默F(xiàn)象稱(chēng)為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。2、具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬有：鐵、鈷、鈦、錫、錳等。同一金屬的同素異構(gòu)晶體按其穩(wěn)定存在的溫度，由低溫到高溫依次用希臘字母，等表示。3、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變： 1394 912-Fe - Fe Fe-Fe - Fe Fe 體心體心 面心面心 體心體心4、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，也稱(chēng)為“重結(jié)晶”。 其與液態(tài)金屬結(jié)晶有許多相