材料成形基礎(chǔ)3-組織結(jié)構(gòu)

1、2022-4-1812022-4-182 物質(zhì)由原子組成。原子的結(jié)物質(zhì)由原子組成。原子的結(jié)合方式和排列方式?jīng)Q定了物合方式和排列方式?jīng)Q定了物質(zhì)的性能。質(zhì)的性能。 原子、離子、分子之間的結(jié)原子、離子、分子之間的結(jié)合力稱為合力稱為結(jié)合鍵結(jié)合鍵。它們的具。它們的具體組合狀態(tài)稱為體組合狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。C602.1.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)2022-4-183l1、晶體與非晶體、晶體與非晶體l晶體晶體是指原子呈規(guī)則排列的固體。是指原子呈規(guī)則排列的固體。常態(tài)下金屬主常態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。要以晶體形式存在。晶體具有各向異性晶體具有各向異性。l非晶體非晶體是指原子呈無(wú)序排列的固體。是指原子呈無(wú)

2、序排列的固體。在一定條件在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。2022-4-184l 晶格：晶格：用假想的直線將原子中心連接起來(lái)所形成用假想的直線將原子中心連接起來(lái)所形成的三維空間格架。的三維空間格架。直線的交點(diǎn)（原子直線的交點(diǎn)（原子中心）稱結(jié)點(diǎn)。中心）稱結(jié)點(diǎn)。由由結(jié)點(diǎn)形成的空間點(diǎn)結(jié)點(diǎn)形成的空間點(diǎn)的陣列稱空間點(diǎn)陣的陣列稱空間點(diǎn)陣(晶格晶格)2022-4-185l 晶胞：晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。2022-4-186l 晶系：晶系：l根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。l90%

3、以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。l立方晶系：立方晶系：a=b=c， = = =90 l六方晶系六方晶系：a1=a2=a3 c， = =90 ， =120 立方立方六方六方四方四方菱方菱方正交正交單斜單斜三斜三斜l 晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：晶晶胞各邊的尺寸胞各邊的尺寸 a、b、c。l各棱間的夾角用各棱間的夾角用 、 、 表示。表示。2022-4-187l 原子半徑：原子半徑：晶胞中晶胞中原子密度最大方向上相原子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。鄰原子間距的一半。l 晶胞原子數(shù)：晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)一個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。所包含的原子數(shù)目。l* 配位數(shù)：配位數(shù)

4、：晶格中與任一晶格中與任一原子距離最近且相等的原子原子距離最近且相等的原子數(shù)目。數(shù)目。l* 致密度致密度：晶胞中原子本晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。身所占的體積百分?jǐn)?shù)。2022-4-188l晶體中各方位上的晶體中各方位上的原子面稱原子面稱晶面。晶面。l各方向上的原子列各方向上的原子列稱稱晶向。晶向。l晶面指數(shù)晶面指數(shù)l表示晶面的符號(hào)稱表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)晶面指數(shù)。l其確定步驟為：其確定步驟為：2022-4-189l 確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個(gè)確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。坐標(biāo)軸上的截距。l 取三個(gè)截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，取三個(gè)截距值的倒數(shù)

5、并按比例化為最小整數(shù)，加圓括弧，形式為（加圓括弧，形式為（hkl）。）。2022-4-1810l例一例一.求截距為求截距為 、1、 晶面的指晶面的指數(shù)數(shù) 截距值取倒截距值取倒數(shù)為數(shù)為0、1、0，加圓括弧得（，加圓括弧得（010）l例二例二.求截距為求截距為2、3、 晶面的指晶面的指數(shù)數(shù) 取倒數(shù)為取倒數(shù)為1/2、1/3 、 0, 化為最小整數(shù)加圓括弧化為最小整數(shù)加圓括弧得（得（320）l例三例三.畫出（畫出（112）晶面）晶面 取三指數(shù)的倒數(shù)取三指數(shù)的倒數(shù)1、1、1/2, 化成化成最小整數(shù)為最小整數(shù)為2、2、1，即為，即為X、Y、Z三坐標(biāo)軸上的截距三坐標(biāo)軸上的截距2022-4-1811l 晶向指

6、數(shù)晶向指數(shù)l表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)。表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)。其確定步驟為：其確定步驟為：2022-4-1812l 確定原點(diǎn)，確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，建立坐標(biāo)系，過(guò)原點(diǎn)作所求過(guò)原點(diǎn)作所求晶向的平行線。晶向的平行線。l 求直線上任求直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值一點(diǎn)的坐標(biāo)值并按比例化為并按比例化為最小整數(shù)，加最小整數(shù)，加方括弧。形式方括弧。形式為為uvw。2022-4-1813l例一、例一、已知某過(guò)原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為已知某過(guò)原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為1、1.5、2，求該直線的晶向指數(shù)。，求該直線的晶向指數(shù)。l將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得234。l例二、例二、已知晶向指已

7、知晶向指數(shù)為數(shù)為110, 畫出該畫出該晶向。晶向。l找出找出1、1、0坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn),連接原點(diǎn)與該點(diǎn)的連接原點(diǎn)與該點(diǎn)的直線即所求晶向。直線即所求晶向。1102342022-4-1814l(hkl)與與uvw分別表示的是一組平行的晶向和晶面。分別表示的是一組平行的晶向和晶面。l指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱作面稱作晶向族晶向族或或晶面族晶面族。分別用分別用hkl和和表表示。示。2022-4-1815)111()111()111()111(:111)110()011()101()011()101()110(:110)001()010()100

8、(:100 、2022-4-1816（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY2022-4-1817111111111111:111110011101011101110:110001010100:100 、2022-4-1818111111111111XZY2022-4-1819說(shuō)明：說(shuō)明： 在立方晶系中，指在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直向相互垂直。 遇到負(fù)指數(shù)，遇到負(fù)指數(shù)，“- -”號(hào)放在該指數(shù)的上號(hào)放在該指數(shù)的上方。方。 晶向具有方向性，晶向具有方向性， 如如110與與110方方 向相反。向相反。XZY(221)2211101102022

9、-4-1820l1、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)l金屬原子是通過(guò)正離子與自金屬原子是通過(guò)正離子與自由電子的相互作用而結(jié)合的，由電子的相互作用而結(jié)合的，稱為稱為金屬鍵金屬鍵。l金屬原子趨向于緊密排列。金屬原子趨向于緊密排列。價(jià)電子云價(jià)電子云正離子正離子金屬鍵示意圖金屬鍵示意圖l具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、延展性及金屬光澤。具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、延展性及金屬光澤。l常見純金屬的晶格類型有常見純金屬的晶格類型有體心立方體心立方(bcc)、面心立方面心立方(fcc)和和密排六方密排六方(hcp)晶格。晶格。2022-4-18212022-4-18222022-4-18232022-4-1824

10、l體心立方晶格體心立方晶格原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：2配位數(shù)：配位數(shù)： 8致密度：致密度：0.68常見金屬：常見金屬： -Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a(a=b=c)ar43 原子半徑：原子半徑：2022-4-18252022-4-18262022-4-18272022-4-1828 a42r ：原子半徑原子半徑原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：4配位數(shù)：配位數(shù)： 12致密度：致密度：0.74常見金屬：常見金屬： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：al面心立方晶格面心立方晶格2022-4-18292022-4-18302022-4-1831*2022-4-183

11、2a21r ：原子半徑原子半徑原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：6配位數(shù)：配位數(shù)： 12致密度：致密度：0.74常見金屬：常見金屬： Mg、Zn、 Be、Cd等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng)底面邊長(zhǎng) a 和高和高 c， c/a=1.633l密排六方晶格密排六方晶格2022-4-18332022-4-1834l 三種常見晶格的密排面和密排方向三種常見晶格的密排面和密排方向l單位面積晶面上的原子數(shù)稱單位面積晶面上的原子數(shù)稱晶面原子密度晶面原子密度。l單位長(zhǎng)度晶向上的原子數(shù)稱單位長(zhǎng)度晶向上的原子數(shù)稱晶向原子密度晶向原子密度。l原子密度最大的晶面或晶向稱原子密度最大的晶面或晶向稱密排面密排面或或密排方向密排方向。密

12、排面密排面數(shù)量數(shù)量密排方向密排方向數(shù)量數(shù)量體心立方晶格體心立方晶格11064面心立方晶格面心立方晶格11146密排六方晶格密排六方晶格六方底面六方底面1底面對(duì)角線底面對(duì)角線32022-4-1835三種常見晶格的密三種常見晶格的密排面和密排方向排面和密排方向六方底面六方底面底面對(duì)角線底面對(duì)角線密排六方晶格密排六方晶格面心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格體心立方晶格2022-4-1836體心立方體心立方(110)面面面心立方面心立方(111)面面密排六方底面密排六方底面2022-4-1837l四、晶體的各向異性四、晶體的各向異性 由于晶體中不同晶面和晶向上的原子密度不由于晶體中不同晶面和晶向上的原

13、子密度不同，因而晶體在不同方向上的性能便有所差同，因而晶體在不同方向上的性能便有所差異，這叫異，這叫晶體的各向異性晶體的各向異性。2022-4-1838l變形金屬晶粒尺寸約變形金屬晶粒尺寸約1100 m，鑄造金屬可達(dá)幾鑄造金屬可達(dá)幾mm。純鐵組織純鐵組織晶粒示意圖晶粒示意圖l一、一、多晶體結(jié)構(gòu)多晶體結(jié)構(gòu)l單晶體：?jiǎn)尉w：其內(nèi)部晶格方位完其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。全一致的晶體。l晶粒：晶粒：實(shí)際使用的金屬材料實(shí)際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱為些小晶體稱為晶粒晶粒。2022-4-1839鉛錠宏觀組織鉛錠

14、宏觀組織2022-4-1840l晶粒越細(xì)小，晶界面積越大。晶粒越細(xì)小，晶界面積越大。l多晶體：多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。光學(xué)金相顯示的純鐵晶界光學(xué)金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖多晶體示意圖2022-4-1841l二、二、 晶體缺陷晶體缺陷l晶格的不完整部位晶格的不完整部位稱稱晶體缺陷晶體缺陷。l實(shí)際金屬中存在著實(shí)際金屬中存在著大量的晶體缺陷，大量的晶體缺陷，按形狀可分三類，按形狀可分三類，即即點(diǎn)點(diǎn)、線線、面面缺陷。缺陷。2022-4-1842l 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 l空間三維尺寸都空間三維尺寸都很小的缺陷。很小的缺陷。l空位空位l間隙原子間隙原子l置換原子置換原子202

15、2-4-1843la. 空位：空位：晶格中某些晶格中某些缺排原子的空結(jié)點(diǎn)。缺排原子的空結(jié)點(diǎn)。lb. 間隙原子：間隙原子：擠進(jìn)晶擠進(jìn)晶格間隙中的原子。格間隙中的原子?？煽梢允腔w金屬原子，以是基體金屬原子，也可以是外來(lái)原子。也可以是外來(lái)原子。體心立方的四面體和八面體間隙體心立方的四面體和八面體間隙2022-4-1844lc. 置換原子：置換原子：取代原來(lái)原子位置的外來(lái)原取代原來(lái)原子位置的外來(lái)原子稱置換原子。子稱置換原子。l點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱晶晶空位空位間隙原子間隙原子小置換原子小置換原子大置換原子大置換原子格畸變格畸變。從

16、而使強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。從而使強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。2022-4-18452022-4-1846l 線缺陷線缺陷晶體中的位錯(cuò)晶體中的位錯(cuò)l位錯(cuò)：位錯(cuò)：晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體發(fā)生局部晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體發(fā)生局部滑移，滑移面上已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱作滑移，滑移面上已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱作位錯(cuò)位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)：當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出半個(gè)原子面，該當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出半個(gè)原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多余原子面的邊緣就是晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多余原子面的邊緣就是刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)。2022-4-1

17、847l位錯(cuò)密度：位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包單位體積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。 = S/V(cm/cm3或或1/cm2)l金屬的位錯(cuò)密度為金屬的位錯(cuò)密度為1041012/cm2l位錯(cuò)對(duì)性能的影響位錯(cuò)對(duì)性能的影響：金屬的金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑?；饘俚闹饕緩?。l減少或增加位錯(cuò)密度都可以減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。提高金屬的強(qiáng)度。金屬晶須金屬晶須退火態(tài)退火態(tài)(105-108/cm2) 加工硬化態(tài)加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2) 2022-4-18482022-4-18

18、49 面缺陷面缺陷晶界與亞晶界晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過(guò)度部位晶界是不同位向晶粒的過(guò)度部位，寬度為，寬度為510個(gè)原子間距，位向個(gè)原子間距，位向差一般為差一般為2040。亞晶粒亞晶粒是晶粒內(nèi)部的尺寸很小是晶粒內(nèi)部的尺寸很小,位向差也很小位向差也很小(10 2 )的小晶塊。的小晶塊。亞晶粒之間的交界面稱亞晶粒之間的交界面稱亞晶界亞晶界。亞晶界也可看作位錯(cuò)壁。亞晶界也可看作位錯(cuò)壁。晶界示意圖亞晶界示意圖亞晶組織2022-4-1850l晶界的特點(diǎn)：晶界的特點(diǎn)： 原子排列不規(guī)則原子排列不規(guī)則。 熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低。 耐蝕性差耐蝕性差。 易產(chǎn)生內(nèi)吸附易產(chǎn)生內(nèi)吸附，外來(lái)原子，外來(lái)原子易在晶界偏聚。易在晶

19、界偏聚。 阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，是強(qiáng)化部，是強(qiáng)化部位，因而實(shí)際使用的金屬位，因而實(shí)際使用的金屬力求獲得細(xì)晶粒。力求獲得細(xì)晶粒。 是相變的優(yōu)先形核部位是相變的優(yōu)先形核部位 顯微組織的顯示顯微組織的顯示2022-4-1851l一、結(jié)晶的概念一、結(jié)晶的概念l物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱為過(guò)程稱為凝固凝固。l物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的過(guò)程稱為過(guò)程稱為結(jié)晶結(jié)晶。l物質(zhì)由一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪晃镔|(zhì)由一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)相的過(guò)程稱為個(gè)相的過(guò)程稱為相變相變。因因而結(jié)晶過(guò)程是相變過(guò)程。而結(jié)晶過(guò)程是相變過(guò)程。玻璃制品玻璃制品水晶水晶2.1.3 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶2022-

20、4-1852純金屬都有一個(gè)理論結(jié)晶溫度純金屬都有一個(gè)理論結(jié)晶溫度T0(熔點(diǎn)或平衡結(jié)晶溫度熔點(diǎn)或平衡結(jié)晶溫度)。在。在該溫度下該溫度下, 液體和晶體處于動(dòng)液體和晶體處于動(dòng)平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)。自由能自由能（）（）：物質(zhì)中能夠自動(dòng)：物質(zhì)中能夠自動(dòng)向外界釋放出其多余的或能夠向外界釋放出其多余的或能夠?qū)ν庾鞴Φ倪@一部分能量。對(duì)外作功的這一部分能量。理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度（0 ）：結(jié)晶速：結(jié)晶速度與溶解速度相等時(shí)所對(duì)應(yīng)的度與溶解速度相等時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度溫度(液液=晶晶）。）。結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力液液晶晶2022-4-1853冷卻曲線冷卻曲線：金屬結(jié)晶時(shí)溫度與時(shí)間的金屬結(jié)晶時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線稱關(guān)系曲線稱

21、冷卻曲線。冷卻曲線。曲線上水平曲線上水平階段所對(duì)應(yīng)的溫度稱階段所對(duì)應(yīng)的溫度稱實(shí)際結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度T1。曲線上水平階段是由于結(jié)晶時(shí)放出結(jié)曲線上水平階段是由于結(jié)晶時(shí)放出結(jié)晶潛熱引起的晶潛熱引起的.結(jié)晶只有在結(jié)晶只有在T0以下的實(shí)際以下的實(shí)際 結(jié)晶溫度下才能進(jìn)行。結(jié)晶溫度下才能進(jìn)行。過(guò)冷過(guò)冷：液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下：液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下開始結(jié)晶的現(xiàn)象稱開始結(jié)晶的現(xiàn)象稱過(guò)冷過(guò)冷。過(guò)冷度過(guò)冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差度的差 T稱稱過(guò)冷度過(guò)冷度 T= T0 T1過(guò)冷度大小與冷卻速度有關(guān)，過(guò)冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越冷速越大，過(guò)冷度越大大，過(guò)冷度越大。20

22、22-4-1854l1、結(jié)晶的基本過(guò)程、結(jié)晶的基本過(guò)程l結(jié)晶由結(jié)晶由晶核的形成晶核的形成和和晶核的長(zhǎng)大晶核的長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程組成兩個(gè)基本過(guò)程組成.l液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則的小原子團(tuán)，它們液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則的小原子團(tuán)，它們時(shí)聚時(shí)散，稱為時(shí)聚時(shí)散，稱為晶坯晶坯。在。在T0以下以下, 經(jīng)一段時(shí)間后經(jīng)一段時(shí)間后(即即孕育期孕育期), 一些大尺寸的晶坯將會(huì)長(zhǎng)大，稱為一些大尺寸的晶坯將會(huì)長(zhǎng)大，稱為晶核晶核。l晶核形成后便向各方向生長(zhǎng)，同時(shí)又有新的晶核產(chǎn)晶核形成后便向各方向生長(zhǎng)，同時(shí)又有新的晶核產(chǎn)生。晶核不斷形成，不斷長(zhǎng)大，直到液體完全消失。生。晶核不斷形成，不斷長(zhǎng)大，直到液體完全消失。每個(gè)

23、晶核最終長(zhǎng)成一個(gè)晶粒，兩晶粒接觸后形成晶每個(gè)晶核最終長(zhǎng)成一個(gè)晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。界。l2、晶核的形成方式、晶核的形成方式l形核有兩種方式，即形核有兩種方式，即均勻形核均勻形核和和非均勻形核非均勻形核。l由液體中排列規(guī)則的原子團(tuán)形成晶核稱由液體中排列規(guī)則的原子團(tuán)形成晶核稱均勻形核（自發(fā)晶核）。均勻形核（自發(fā)晶核）。l以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非均勻形核（外來(lái)晶核非均勻形核（外來(lái)晶核）。）。非均勻形核更為普遍。非均勻形核更為普遍。2022-4-18563、晶核的長(zhǎng)大方、晶核的長(zhǎng)大方式式晶核的長(zhǎng)大方式有兩晶核的長(zhǎng)大方式有兩種，即種，即均勻長(zhǎng)大均勻長(zhǎng)大

24、和和樹枝狀長(zhǎng)大樹枝狀長(zhǎng)大。實(shí)際金屬結(jié)晶主要以實(shí)際金屬結(jié)晶主要以樹枝狀長(zhǎng)大樹枝狀長(zhǎng)大.因因晶核晶核棱角處的散熱條件棱角處的散熱條件好好，生長(zhǎng)快，先形，生長(zhǎng)快，先形成成一次軸一次軸，一次軸，一次軸又會(huì)產(chǎn)生又會(huì)產(chǎn)生二次軸二次軸，樹枝間最后被填充。樹枝間最后被填充。2022-4-1858金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶2022-4-1859二、結(jié)晶時(shí)晶核的形二、結(jié)晶時(shí)晶核的形成和成長(zhǎng)過(guò)程成和成長(zhǎng)過(guò)程結(jié)晶過(guò)程：晶核的形成和成長(zhǎng)（晶核分自發(fā)晶核與外來(lái)晶核）。成長(zhǎng)方式：枝晶成長(zhǎng)。2022-4-1860缺陷的形成缺陷的形成：在枝晶成長(zhǎng)過(guò)程中，由于液體

25、的流動(dòng)，枝軸本身的重力作用和彼此間的碰撞，以及雜質(zhì)元素的影響等種種原因，會(huì)使某些枝軸發(fā)生偏斜或折斷，以致造成晶粒中的嵌鑲塊、亞晶界、位錯(cuò)等。三、影響晶核的形成和成長(zhǎng)速率的因素三、影響晶核的形成和成長(zhǎng)速率的因素過(guò)冷度影響因素液體中的不熔雜質(zhì)表面細(xì)晶粒層四、金屬鑄錠的組織四、金屬鑄錠的組織柱狀晶粒層 中心等軸晶粒層細(xì)晶組織機(jī)械性能較粗晶好細(xì)晶組織機(jī)械性能較粗晶好。2022-4-18612022-4-1862l在實(shí)際生產(chǎn)中，液態(tài)金在實(shí)際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬被澆注到錠模中便得屬被澆注到錠模中便得到鑄錠，而注入到鑄型到鑄錠，而注入到鑄型模具中成型則得到鑄件。模具中成型則得到鑄件。l鑄錠鑄錠(件件)的組織及其

26、存的組織及其存在的缺陷對(duì)其加工和使在的缺陷對(duì)其加工和使用性能有著直接的影響。用性能有著直接的影響。2022-4-1863l 表層細(xì)晶區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)：澆注時(shí)，澆注時(shí)，由于冷模壁產(chǎn)生很大的由于冷模壁產(chǎn)生很大的過(guò)冷度及非均勻形核作過(guò)冷度及非均勻形核作用，使表面形成一層很用，使表面形成一層很細(xì)的等軸晶粒區(qū)。細(xì)的等軸晶粒區(qū)。2022-4-1864l 柱狀晶區(qū)：柱狀晶區(qū)：由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)前沿液體的過(guò)冷度減小，形核困難。加上使細(xì)晶區(qū)前沿液體的過(guò)冷度減小，形核困難。加上模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反的模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反

27、的方向生長(zhǎng)而形成柱狀晶區(qū)。方向生長(zhǎng)而形成柱狀晶區(qū)。2022-4-1865l中心粗等軸晶區(qū)中心粗等軸晶區(qū): 由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，散熱速度不斷減慢，導(dǎo)致柱狀晶生長(zhǎng)停止，當(dāng)心散熱速度不斷減慢，導(dǎo)致柱狀晶生長(zhǎng)停止，當(dāng)心部液體全部冷至實(shí)際結(jié)晶溫度部液體全部冷至實(shí)際結(jié)晶溫度T1以下時(shí)，在雜質(zhì)以下時(shí)，在雜質(zhì)作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等軸晶粒。軸晶粒。2022-4-18661、增加冷卻速度增加冷卻速度: : 例如：由砂型鑄造改為金屬模鑄造，可以提高鑄件的力學(xué)性能。2、變質(zhì)處理變質(zhì)處理: : 例如鑄鐵和鋁硅合金（前者加Si-Fe

28、合金，后者加NaF+NaCl混合鹽)3、物理方法物理方法: : 振動(dòng)、攪拌等67-Fe -Fe -Fe1394 912 l合金合金是指由兩種或兩種以是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。性的物質(zhì)。l組成合金的元素可以全部組成合金的元素可以全部是金屬，也可是金屬與非是金屬，也可是金屬與非金屬。金屬。l組成合金的元素相互作用組成合金的元素相互作用可形成不同的可形成不同的相相。Al-Cu兩相合金兩相合金黃銅黃銅2.2.1 固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)l相相:是指金屬或合金中凡成是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均

29、其它部分有界面分開的均勻組成部分。勻組成部分。l顯微組織顯微組織:是指在顯微鏡下是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各觀察到的金屬中各相或各晶粒的晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小形態(tài)、數(shù)量、大小和分布和分布的組合。的組合。l固態(tài)合金中的相分為固態(tài)合金中的相分為固溶固溶體體和和金屬化合物金屬化合物兩類。兩類。單單相相合合金金兩兩相相合合金金一、一、 固溶體固溶體合金中其結(jié)構(gòu)與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固合金中其結(jié)構(gòu)與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固 相稱相稱固溶體固溶體。習(xí)慣以習(xí)慣以 、 、 表示。表示。l與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶溶劑劑。其它元素稱。其它元素稱溶質(zhì)溶質(zhì)。l固溶體

30、是合金的重要組成相固溶體是合金的重要組成相，實(shí)，實(shí)際合金多是單相固溶體合金或以際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。固溶體為基的合金。l按溶質(zhì)原子所處位置分為按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固置換固溶體溶體和和間隙固溶體間隙固溶體。Cu-Ni置換固溶體置換固溶體Fe-C間隙固溶體間隙固溶體l 置換固溶體置換固溶體l溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。l溶質(zhì)原子呈無(wú)序分布的稱溶質(zhì)原子呈無(wú)序分布的稱無(wú)序固溶體，無(wú)序固溶體，呈有序分布的呈有序分布的稱稱有序固溶體。有序固溶體。黃銅置換固溶體組織黃銅置換固溶體組織l 間隙固溶體間隙固溶體l溶

31、質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。l形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金金 屬元素，如屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般等，而溶劑元素一般是過(guò)渡族元素。是過(guò)渡族元素。l形成間隙固溶體的一形成間隙固溶體的一般規(guī)律為般規(guī)律為r質(zhì)質(zhì)/r劑劑0.59。l間隙固溶體都是無(wú)序間隙固溶體都是無(wú)序固溶體。固溶體。l 固溶體的溶解度固溶體的溶解度l溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。l溶解度有一定限度的固溶體稱溶解度有一定限度的固溶體稱有有限固溶體限固溶體。l組成元素?zé)o限互溶的固溶體稱組成元素?zé)o限互溶的固溶體稱無(wú)無(wú)限固溶體限固溶體。l組成元素原子半徑、電化學(xué)特性組成元素原子半徑、電化學(xué)特性相近，晶格類型相同的置換固溶相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可能形成無(wú)限固溶體。體，才有可能形成無(wú)限固溶體。 l間隙固溶體都是有限固溶體。間隙固溶體都是有限固溶體。Cu-Ni無(wú)限固溶體無(wú)限固溶體Cu-Zn有限固溶體有限固溶體固溶體固溶體化合物化合物l 固溶體的性能固溶體的性能l隨溶質(zhì)含量增加隨溶質(zhì)含量增加, 固溶體的強(qiáng)度固溶體的強(qiáng)度、硬度增加硬度增加,