晶體的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶

1、第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶第三節(jié)第三節(jié) 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶第四節(jié)第四節(jié) 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖第二章第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 1-11-1金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體的概念一、晶體的概念晶體：原子在空間呈長(zhǎng)程有序排列的固態(tài)物質(zhì)。晶體：原子在空間呈長(zhǎng)程有序排列的固態(tài)物質(zhì)。非晶體：原子或分子無規(guī)則的堆積在一起的固非晶體：原子或分子無規(guī)則的堆積在一起的固態(tài)物質(zhì)。沒有固定的熔點(diǎn)，且各向同性。態(tài)物質(zhì)。沒有固定的熔點(diǎn)，且各向同性。二、晶體的特征二、晶體的特征1 1、原子在空間呈長(zhǎng)程有序排列；、原子在空間呈長(zhǎng)程有序排列

2、；2 2、是各向異性的；、是各向異性的；3 3、有固定的熔點(diǎn)；、有固定的熔點(diǎn)；4 4、有特定的幾何外形。、有特定的幾何外形。1. 1. 晶格：晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成用假想的直線將原子中心連接起來所形成的三維空間格架的三維空間格架。直線的交點(diǎn)（原子中心）稱結(jié)點(diǎn)直線的交點(diǎn)（原子中心）稱結(jié)點(diǎn)。由結(jié)點(diǎn)形成的空間點(diǎn)的陣列稱由結(jié)點(diǎn)形成的空間點(diǎn)的陣列稱空間點(diǎn)陣?？臻g點(diǎn)陣。三、晶體中幾個(gè)基本概念三、晶體中幾個(gè)基本概念 為描述晶體內(nèi)部原子的排列，將原子視為剛性球體。為描述晶體內(nèi)部原子的排列，將原子視為剛性球體。剛性球體剛性球體原子濃縮成一個(gè)點(diǎn)（空間點(diǎn)陣）原子濃縮成一個(gè)點(diǎn)（空間點(diǎn)陣）用假用假想

3、的直線連接起來，形成空間格子（晶格）想的直線連接起來，形成空間格子（晶格）取出取出一個(gè)有代表性的最小幾何單元一個(gè)有代表性的最小幾何單元單位晶體（晶胞）。單位晶體（晶胞）。2.晶胞：晶胞：晶體中有代表性的最小的幾何單元，稱晶體中有代表性的最小的幾何單元，稱為晶胞。為晶胞。3.晶格常數(shù)：晶胞晶格常數(shù)：晶胞的三個(gè)棱邊的尺的三個(gè)棱邊的尺寸寸 a、b、c。用用埃（埃（ ）表示。）表示。1=101=10-8-8cmcml各各棱間的夾角用棱間的夾角用 、 、 表示。表示。四、三種典型的晶體結(jié)構(gòu)：四、三種典型的晶體結(jié)構(gòu)： 體心立方、面心立方、密排六方。體心立方、面心立方、密排六方。1.1.原子半徑：晶胞中原子

4、密度最大方向上相鄰原子半徑：晶胞中原子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。原子間距的一半。2.2.晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。3.3.配位數(shù)：晶格中與任一原子距離最近且相等配位數(shù)：晶格中與任一原子距離最近且相等的原子數(shù)目。的原子數(shù)目。4.4.致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。體心立方晶格的參數(shù)體心立方晶格的參數(shù) 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)原子半

5、徑：原子半徑：ar43= = 面心立方晶格的參數(shù)面心立方晶格的參數(shù) 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)：a 面心立方晶格面心立方晶格a21r= =：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)：底面邊長(zhǎng)晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng) a 和高和高 c， c/a=1.633 密排六方晶格密排六方晶格 12 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、一、 多晶體結(jié)構(gòu)和亞結(jié)

6、構(gòu)多晶體結(jié)構(gòu)和亞結(jié)構(gòu)單晶體：晶體材料內(nèi)部原子規(guī)律排列，位向不發(fā)單晶體：晶體材料內(nèi)部原子規(guī)律排列，位向不發(fā)生改變的晶體。生改變的晶體。多晶體：由許多晶格位向不同的小晶體構(gòu)成的晶多晶體：由許多晶格位向不同的小晶體構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)，稱為多晶體。體結(jié)構(gòu)，稱為多晶體。實(shí)際晶體是由許多不同位向小單晶體組成的多晶體。這實(shí)際晶體是由許多不同位向小單晶體組成的多晶體。這些小單晶體叫晶粒，晶粒與晶粒之間的交界叫晶界。些小單晶體叫晶粒，晶粒與晶粒之間的交界叫晶界。既然實(shí)際晶體是多晶體組成，是否還存在著單晶體的各既然實(shí)際晶體是多晶體組成，是否還存在著單晶體的各向異性？為什么？向異性？為什么？多晶體由許多晶格位向不同的晶

7、粒組成，多晶體由許多晶格位向不同的晶粒組成，其性能是位向不同晶粒的平均性能，故認(rèn)為各向同性。其性能是位向不同晶粒的平均性能，故認(rèn)為各向同性。二、二、 晶體缺陷晶體缺陷晶格的不完整部晶格的不完整部位稱晶體缺陷。位稱晶體缺陷。實(shí)際金屬中存在實(shí)際金屬中存在著大量的晶體缺著大量的晶體缺陷，按形狀可分陷，按形狀可分三類，即點(diǎn)、線、三類，即點(diǎn)、線、面缺陷。面缺陷。 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 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a a. . 空位：晶格中某些缺排原子的空結(jié)點(diǎn)?？瘴唬壕Ц裰心承┤迸旁拥目战Y(jié)點(diǎn)。b b. . 間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子?？梢?/p>

8、是基體金屬原間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子?？梢允腔w金屬原子，也可以是外來原子。子，也可以是外來原子。c c. . 置換原子：置換原子：取代原來原子位置的外來原子稱置換原子。取代原來原子位置的外來原子稱置換原子。 點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，引起周圍晶格產(chǎn)點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，引起周圍晶格產(chǎn)生畸變，阻礙原子的移動(dòng)，必需施加更大的外力，生畸變，阻礙原子的移動(dòng)，必需施加更大的外力，從而使強(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?？瘴豢瘴婚g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位錯(cuò)：晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有位錯(cuò)：晶體中某處有一列或若干列原

9、子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。 線缺陷線缺陷（在一維方向上尺寸較大的缺陷（在一維方向上尺寸較大的缺陷)刃型位錯(cuò)：當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出刃型位錯(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，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多半個(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刃型位錯(cuò)。余原子面的邊緣就是刃型位錯(cuò)。半原子面在滑移面以上的稱正位錯(cuò)，用半原子面在滑移面以上的稱正位錯(cuò)，用“ “ ” ”表示。表示。半原子面在滑移面以下的稱負(fù)位錯(cuò)，用半原子面在滑移面以下的稱負(fù)位錯(cuò)，用“ “ ” ”表示。表示。位錯(cuò)上半部分原子受壓，下半部分原子受拉。離位位錯(cuò)上半部分原子受壓，下

10、半部分原子受拉。離位錯(cuò)線越近晶格畸變?cè)酱螅瑧?yīng)力越大。錯(cuò)線越近晶格畸變?cè)酱?，?yīng)力越大。 位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。 = L/V= L/V(cm/cm(cm/cm3 3或或1/cm1/cm2 2) ) 金屬的位錯(cuò)密度為金屬的位錯(cuò)密度為10104 410101212/cm/cm2 2 位錯(cuò)對(duì)性能的影響位錯(cuò)對(duì)性能的影響：以位錯(cuò)線為中心的管道區(qū)周以位錯(cuò)線為中心的管道區(qū)周圍晶格都發(fā)生了畸變，從而阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使圍晶格都發(fā)生了畸變，從而阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使材料的強(qiáng)度提高。由于線缺陷的影響面比點(diǎn)缺陷材料的強(qiáng)度提高。由于線缺陷的影響面比點(diǎn)缺陷大的多，因此對(duì)材料性能的影響也大

11、的多。大的多，因此對(duì)材料性能的影響也大的多。 減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。強(qiáng)度強(qiáng)度透射電鏡下鈦合金中的位錯(cuò)線透射電鏡下鈦合金中的位錯(cuò)線(黑線黑線)面缺陷（面缺陷（一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域） 晶界：多晶體中不同位向晶粒間的交界。小角度晶晶界：多晶體中不同位向晶粒間的交界。小角度晶界是由相距一定距離的刃型位錯(cuò)組成。大角度晶界原界是由相距一定距離的刃型位錯(cuò)組成。大角度晶界原子排列紊亂，具有非晶態(tài)特征。子排列紊亂，具有非晶態(tài)特征。晶界的重要特性：晶界的重要特性：1 1）晶界相互交錯(cuò)，原子排列

12、紊亂，常溫下對(duì)晶體的滑動(dòng)）晶界相互交錯(cuò)，原子排列紊亂，常溫下對(duì)晶體的滑動(dòng)起阻礙作用，從而使晶粒小即晶界多的材料的強(qiáng)度、硬起阻礙作用，從而使晶粒小即晶界多的材料的強(qiáng)度、硬度高度高細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化。2 2）因原子排列紊亂，能量高，原子易擴(kuò)散，易受腐蝕。）因原子排列紊亂，能量高，原子易擴(kuò)散，易受腐蝕。固態(tài)下結(jié)構(gòu)的改變首先從晶界開始。固態(tài)下結(jié)構(gòu)的改變首先從晶界開始。晶界示意晶界示意圖圖 亞晶界：亞晶界：亞晶粒的交界，位向差小于亞晶粒的交界，位向差小于2 2 。晶界晶界亞晶界亞晶界ABCD1.1.幾個(gè)重要概念：幾個(gè)重要概念： 合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬

13、與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)叫合金。元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)叫合金。 組元：組成合金的獨(dú)立的最基本的單元（一般是組元：組成合金的獨(dú)立的最基本的單元（一般是一種元素或一種穩(wěn)定的化合物）。一種元素或一種穩(wěn)定的化合物）。 相：金屬或合金中，具有相同化學(xué)成分，相同結(jié)相：金屬或合金中，具有相同化學(xué)成分，相同結(jié)晶構(gòu)造，并有明顯界面分開的獨(dú)立組成部分。晶構(gòu)造，并有明顯界面分開的獨(dú)立組成部分。 組織：用肉眼或顯微鏡觀察到的材料的微觀形貌。組織：用肉眼或顯微鏡觀察到的材料的微觀形貌。三、合金的晶體結(jié)構(gòu)三、合金的晶體結(jié)構(gòu) 一致的晶體結(jié)構(gòu)和原子排列方式；一致的晶體結(jié)構(gòu)和原子排列方式； 相同的物理、化學(xué)性

14、能；相同的物理、化學(xué)性能； 與周圍的非同相物質(zhì)之間有確定的界面；與周圍的非同相物質(zhì)之間有確定的界面； 不同的相可予以機(jī)械性分離。不同的相可予以機(jī)械性分離。相的基本屬性相的基本屬性 2.2.合金中的基本相合金中的基本相 根據(jù)固態(tài)下，合金的組元間作用方式不同，合金根據(jù)固態(tài)下，合金的組元間作用方式不同，合金的相結(jié)構(gòu)（基本相）分為兩種，即固溶體和金屬的相結(jié)構(gòu)（基本相）分為兩種，即固溶體和金屬間化合物。間化合物。1)1)固溶體固溶體固態(tài)下各組元之間互相溶解而形成的均勻的晶態(tài)固固態(tài)下各組元之間互相溶解而形成的均勻的晶態(tài)固體稱固溶體體稱固溶體. .固溶體中保持原來晶體結(jié)構(gòu)的組元叫溶劑，其它固溶體中保持原來晶

15、體結(jié)構(gòu)的組元叫溶劑，其它溶入且晶格消失的組元稱溶質(zhì)。溶入且晶格消失的組元稱溶質(zhì)。固溶體的結(jié)構(gòu)與分類固溶體的結(jié)構(gòu)與分類 根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分：中的位置分： （1）間隙固溶體）間隙固溶體 形成間隙固溶體的條件：形成間隙固溶體的條件：r質(zhì)質(zhì)/r劑劑0.59，過渡族元，過渡族元素素Fe、Mn等）為溶劑與等）為溶劑與尺寸小的非金屬元素尺寸小的非金屬元素C、N、B、H形成。形成。 （2）置換固溶體）置換固溶體Cu-NiCu-Ni置換固溶體置換固溶體Fe-CFe-C間隙固溶體間隙固溶體按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度分按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度分（1）有限固溶體）有限固溶

16、體 間隙固溶體一定是有限固溶體。間隙固溶體一定是有限固溶體。（2）無限固溶體）無限固溶體 在置換固溶體中，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子半徑差在置換固溶體中，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子半徑差別較小，在化學(xué)元素周期表上的位置靠近，且別較小，在化學(xué)元素周期表上的位置靠近，且晶格形式也相同時(shí)，可能形成無限固溶體。否晶格形式也相同時(shí)，可能形成無限固溶體。否則，是有限固溶體。所以無限固溶體一定是置則，是有限固溶體。所以無限固溶體一定是置換固溶體，反過來不成立。間隙固溶體一定是換固溶體，反過來不成立。間隙固溶體一定是有限固溶體，反過來不成立。有限固溶體，反過來不成立。固溶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能特點(diǎn)固溶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能特點(diǎn) 固溶體的

17、晶格類型與溶劑的相同，是單相。固溶體的晶格類型與溶劑的相同，是單相。 由于溶質(zhì)原子的溶入，使溶劑晶格產(chǎn)生畸變。由于溶質(zhì)原子的溶入，使溶劑晶格產(chǎn)生畸變。溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增加，使材料的強(qiáng)度硬度提高，這種現(xiàn)象叫力增加，使材料的強(qiáng)度硬度提高，這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化是金屬材料的強(qiáng)化方法之一。是金屬材料的強(qiáng)化方法之一。 固溶體本身的強(qiáng)度、硬度低，塑性和韌性好，固溶體本身的強(qiáng)度、硬度低，塑性和韌性好，是材料的基本相。是材料的基本相。金屬間化合物（中間相）金屬間化合物（中間相） 兩組元間相對(duì)尺寸差，電負(fù)性差等都有一定溶限，當(dāng)溶質(zhì)兩組元間相對(duì)

18、尺寸差，電負(fù)性差等都有一定溶限，當(dāng)溶質(zhì)原子的加入量超過此溶限時(shí)便會(huì)形成一種新相，即中間相。原子的加入量超過此溶限時(shí)便會(huì)形成一種新相，即中間相。中間相的晶體結(jié)構(gòu)不同于此相中的任一組員。由于中間相中間相的晶體結(jié)構(gòu)不同于此相中的任一組員。由于中間相具有一定的金屬屬性，所以亦稱為金屬間化合物。具有一定的金屬屬性，所以亦稱為金屬間化合物。 合金組元相互作用形成的晶格類型和特性完全不合金組元相互作用形成的晶格類型和特性完全不同于任一組元的新相即為金屬間化合物同于任一組元的新相即為金屬間化合物, , 或稱中間或稱中間相。金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，相。金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，兩組元有

19、一定比例，并可用化學(xué)式兩組元有一定比例，并可用化學(xué)式A AmmB Bn n表示其組表示其組成。成。金屬間化合物的分類金屬間化合物的分類根據(jù)形成條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，金屬間化合物根據(jù)形成條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，金屬間化合物可分為：可分為： （1）正常價(jià)化合物）正常價(jià)化合物特征是：嚴(yán)格遵守化合價(jià)規(guī)律，成分固定，可特征是：嚴(yán)格遵守化合價(jià)規(guī)律，成分固定，可用化學(xué)式表示，不能形成固溶體。（用化學(xué)式表示，不能形成固溶體。（Mg2Si)金屬間化合物特點(diǎn)金屬間化合物特點(diǎn)：熔點(diǎn)、硬度高、脆性大熔點(diǎn)、硬度高、脆性大。適用于第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化或適用于第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化或彌散強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化。（2）電子化合物）電子化合物（電子濃度起

20、主要作用）（電子濃度起主要作用）電子濃度：價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目之比值。電子濃度：價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目之比值。特征是：雖然可用化學(xué)式表示，但成分不固定，特征是：雖然可用化學(xué)式表示，但成分不固定，即在電子化合物的基礎(chǔ)上可以溶解一定量的組即在電子化合物的基礎(chǔ)上可以溶解一定量的組元，形成以該化合物為基的固溶體。元，形成以該化合物為基的固溶體。價(jià)電子指原子核外電子中能與其他原子相互作用形成化學(xué)鍵的電子。價(jià)電子指原子核外電子中能與其他原子相互作用形成化學(xué)鍵的電子。 雖然它們可以用分子式表示，但大多數(shù)不符合化學(xué)雖然它們可以用分子式表示，但大多數(shù)不符合化學(xué)價(jià)規(guī)律，而是按電子含量規(guī)律來進(jìn)行化合的，只要價(jià)規(guī)律，而

21、是按電子含量規(guī)律來進(jìn)行化合的，只要電子含量達(dá)到某一范圍，就會(huì)形成具有一定結(jié)構(gòu)的電子含量達(dá)到某一范圍，就會(huì)形成具有一定結(jié)構(gòu)的相，所以它們的形成是以電子含量起主導(dǎo)作用的。相，所以它們的形成是以電子含量起主導(dǎo)作用的。電子含量不同，形成的化合物的晶格結(jié)構(gòu)就不同。電子含量不同，形成的化合物的晶格結(jié)構(gòu)就不同。電子濃度：價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目之比值。電子濃度：價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目之比值。與間隙固溶體相似，由過渡族金屬同原子半徑很小與間隙固溶體相似，由過渡族金屬同原子半徑很小的非金屬元素形成的化合物。的非金屬元素形成的化合物。無論溶質(zhì)原子是以間隙方式還是以置換方式進(jìn)入晶無論溶質(zhì)原子是以間隙方式還是以置換方式進(jìn)入

22、晶格，總會(huì)對(duì)溶劑晶格造成一定程度的畸變。溶質(zhì)與格，總會(huì)對(duì)溶劑晶格造成一定程度的畸變。溶質(zhì)與溶劑原子的尺寸差別越大，晶格畸變?cè)酱?，畸變能溶劑原子的尺寸差別越大，晶格畸變?cè)酱?，畸變能越大，增大到一定容限時(shí)，原來的結(jié)構(gòu)便不穩(wěn)定，越大，增大到一定容限時(shí)，原來的結(jié)構(gòu)便不穩(wěn)定，會(huì)重新組合形成新的相。會(huì)重新組合形成新的相。根據(jù)結(jié)構(gòu)特征有分為兩類：根據(jù)結(jié)構(gòu)特征有分為兩類：1）間隙相）間隙相 r非非/r金金 0.59，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，如如Fe3C。3、間隙化合物（原子尺寸因素起主要作用）、間隙化合物（原子尺寸因素起主要作用）a a. . 間隙相：間隙相：r r非非/r/r金金 0.590

23、.59時(shí)形時(shí)形 成的具有簡(jiǎn)成的具有簡(jiǎn)單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。物。 間隙相具有金屬特征和間隙相具有金屬特征和極高的硬度及熔點(diǎn)，非極高的硬度及熔點(diǎn)，非常穩(wěn)定。常穩(wěn)定。 部分碳化物和所有氮化部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。物屬于間隙相。VC的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)b b. . 具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物物 當(dāng)當(dāng)r r非非/r/r金金0.590.59時(shí)形成復(fù)雜結(jié)時(shí)形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物。構(gòu)間隙化合物。 如如FeFe3 3C C、CrCr2323C C6 6等。等。FeFe3 3C C稱滲碳體，是鋼中重要組成稱滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格。相，具有復(fù)雜斜方晶格

24、。 間隙相與間隙固溶體的區(qū)別？間隙相與間隙固溶體的區(qū)別？Fe3C的晶格的晶格高溫合金中的高溫合金中的Cr23C6類型類型簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)間隙化合物簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)間隙化合物復(fù)雜結(jié)構(gòu)間復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物隙化合物化學(xué)式化學(xué)式TiCZrCVCNbCTaCWCMoCCr23 C6Fe3 C硬度硬度HV28502840201020501550173014801650800熔點(diǎn)熔點(diǎn)/3080347220265036805039802785 5252715771227鋼中常見間隙化合物的硬度及熔點(diǎn)鋼中常見間隙化合物的硬度及熔點(diǎn)（三）金屬化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能特點(diǎn)（三）金屬化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能特點(diǎn) 1、金屬化合物的晶格類型

25、與組成它的任何組、金屬化合物的晶格類型與組成它的任何組元都不相同，是單相。元都不相同，是單相。 2、金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性。、金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性。 3、金屬化合物是強(qiáng)化相。、金屬化合物是強(qiáng)化相。工業(yè)合金通過調(diào)整固溶體的溶解度及化合物的數(shù)量、工業(yè)合金通過調(diào)整固溶體的溶解度及化合物的數(shù)量、大小、形狀、分布等，可使合金的機(jī)械性能在一個(gè)很大小、形狀、分布等，可使合金的機(jī)械性能在一個(gè)很大的范圍內(nèi)變化，以便滿足不同的性能要求。大的范圍內(nèi)變化，以便滿足不同的性能要求。機(jī)械混合物機(jī)械混合物 單一固溶體：強(qiáng)度、硬度較低單一固溶體：強(qiáng)度、硬度較低 單一化合物：硬而脆單一化合物：硬而

26、脆 機(jī)械混合物機(jī)械混合物不是一種單一相不是一種單一相與純金屬相比，固溶與純金屬相比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和要低得多，而塑性和韌性則要高得多。韌性則要高得多。 1-3 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶一、幾個(gè)概念一、幾個(gè)概念1、結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固。、結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固。若凝固后的固體為晶體稱為結(jié)晶。若凝固后的固體為晶體稱為結(jié)晶。2、過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差。、過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差。理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度T T0 0與

27、開與開始結(jié)晶溫度始結(jié)晶溫度T Tn n之差叫之差叫做做過冷度過冷度（undercoolingundercooling) )，用用TT表示。表示。 T= T0Tn 液體金屬在結(jié)晶時(shí)的溫度液體金屬在結(jié)晶時(shí)的溫度- -時(shí)間曲線稱為冷卻曲線。時(shí)間曲線稱為冷卻曲線。結(jié)晶的條件結(jié)晶的條件1. 1. 必需要有過冷度。必需要有過冷度。過冷度的大小與金屬本性有關(guān)，如銅的過過冷度的大小與金屬本性有關(guān)，如銅的過冷度為冷度為236 C236 C。2. 2. 與金屬的純度有關(guān)，雜質(zhì)越多，過冷度與金屬的純度有關(guān)，雜質(zhì)越多，過冷度越小。越小。3. 3. 與冷卻速度有關(guān)，快冷，實(shí)際結(jié)晶溫度與冷卻速度有關(guān)，快冷，實(shí)際結(jié)晶溫度低

28、，低， 過冷度大。過冷度大。冷卻速度越大，則開始結(jié)晶溫度越低，過冷度也就越大。二、結(jié)晶過程二、結(jié)晶過程 液態(tài)金屬結(jié)晶是在結(jié)晶溫度平臺(tái)由液態(tài)金屬結(jié)晶是在結(jié)晶溫度平臺(tái)由形核和晶核長(zhǎng)大形核和晶核長(zhǎng)大兩個(gè)密切聯(lián)系的基本過程來實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)密切聯(lián)系的基本過程來實(shí)現(xiàn)的。 二、結(jié)晶過程二、結(jié)晶過程晶核的形成與長(zhǎng)大。晶核的形成與長(zhǎng)大。晶核的形成有自發(fā)形核和非自發(fā)形核兩種。晶核的形成有自發(fā)形核和非自發(fā)形核兩種。晶核的形成晶核的形成 1 1）自發(fā)形核）自發(fā)形核 從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身原子自發(fā)長(zhǎng)出結(jié)晶核心的過程叫做自發(fā)原子自發(fā)長(zhǎng)出結(jié)晶核心的過程叫做自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做自發(fā)晶核。形核，形成的結(jié)

29、晶核心叫做自發(fā)晶核。 2 2）非自發(fā)形核）非自發(fā)形核 依附于雜質(zhì)而生成晶依附于雜質(zhì)而生成晶核的過程叫做非自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核的過程叫做非自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做非自發(fā)晶核。核心叫做非自發(fā)晶核。 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. . 這是由于棱角處的散熱條件好這是由于棱角處的散熱條件好，生長(zhǎng)快，先形成，生長(zhǎng)快，先形成一一次軸次軸，一次軸又會(huì)產(chǎn)生，一次軸又會(huì)產(chǎn)生二次軸二次軸，樹枝間最后被填，樹枝間最后被填充充。晶核的長(zhǎng)大方式晶核的長(zhǎng)大方式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三、金屬結(jié)晶后晶粒的大小三、金屬結(jié)晶后

30、晶粒的大小表示晶粒大小的尺度叫表示晶粒大小的尺度叫晶粒度晶粒度。晶粒度可用單位體積內(nèi)或單位。晶粒度可用單位體積內(nèi)或單位面積上晶粒數(shù)目來表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度級(jí)別來確定晶面積上晶粒數(shù)目來表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度級(jí)別來確定晶粒度。粒度。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級(jí)別共分標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級(jí)別共分八八級(jí)，一級(jí)最粗，八級(jí)最細(xì)。通過級(jí)，一級(jí)最粗，八級(jí)最細(xì)。通過100100倍倍顯微鏡下的晶粒大小與標(biāo)準(zhǔn)圖對(duì)照來評(píng)級(jí)。顯微鏡下的晶粒大小與標(biāo)準(zhǔn)圖對(duì)照來評(píng)級(jí)。常溫下，金屬晶粒越細(xì)小，常溫下，金屬晶粒越細(xì)小，晶界面積越大，它的強(qiáng)度、晶界面積越大，它的強(qiáng)度、硬度越高；對(duì)外應(yīng)力的分散使硬度越高；對(duì)外應(yīng)力的分散使塑性和韌性提高，即塑性和韌性提高，即細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化。晶粒的大小取決于晶核的形核率和長(zhǎng)大速度。（晶粒的大小取決于晶核的形核率和長(zhǎng)大速度。（P13P13）l單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫形核率單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫形核率(N)(N)。l單位時(shí)間內(nèi)晶核生長(zhǎng)的長(zhǎng)度叫長(zhǎng)大速度單位時(shí)間內(nèi)晶核生長(zhǎng)的長(zhǎng)度叫長(zhǎng)大速度(G)(G)。l N/GN/G比值越大，晶粒越細(xì)小。比值越大，晶粒越細(xì)小。l因此，凡是促進(jìn)形核、抑制長(zhǎng)大的因素，因此，凡是促進(jìn)形核、抑制長(zhǎng)大的因素，l都