金屬材料及熱處理第一章

金屬材料及熱處理第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶回顧上一章節(jié)內(nèi)容在過(guò)去兩千年中的很長(zhǎng)一段時(shí)間，中國(guó)是世界上最大和最先進(jìn)的國(guó)家，直到18世紀(jì)末，中國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值約占全球25%，1820年為33%。中國(guó)的人均收入在12世紀(jì)前一直領(lǐng)先于西歐，在18世紀(jì)前一直領(lǐng)先于世界平均水平。后來(lái)，它錯(cuò)過(guò)了工業(yè)革命，經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)停滯，1949年GDP僅占世界5%。31669,N.Steno,晶面角守恒定律1885,A.Bravais,晶體空間點(diǎn)陣學(xué)說(shuō)1912,M.Laue*,晶體的X射線衍射1915,W.H.BraggandW.L.Bragg**X射線晶體結(jié)構(gòu)分析方法電子顯微鏡（SEM、TEM）掃描探針顯微術(shù)***（STM、AFM）微觀組織理論大發(fā)展合金相圖、X射線，位錯(cuò)理論Reaumur(1722)Hill(1748)在放大鏡下觀察出晶粒Sorbit發(fā)現(xiàn)并描述了細(xì)珠光體Young(1807)提出材料彈性模量概念Barlow(1826)關(guān)于材料強(qiáng)度的測(cè)定Tehernoff(1861)發(fā)表了鋼臨界點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告Wshery(1860-1870)關(guān)于拉伸、扭轉(zhuǎn)、變曲應(yīng)力的工作及得出的第一條S-N曲線，開(kāi)辟了材料、組織與性能間關(guān)系的科學(xué)研究金屬材料與熱處理：

是一門(mén)研究金屬材料的成分、組織、熱處理與金屬材料性能之間的關(guān)系和變化規(guī)律的學(xué)科。金屬與非金屬的比較金屬非金屬1．常溫時(shí)，除了汞是液體外，其它金屬都是固體常溫時(shí)，除了溴是液體外，有些是氣體，有些是固體2．一般密度比較大一般密度比較小3．有金屬光澤大多沒(méi)有金屬光澤4．大多是熱及電的良導(dǎo)體,電阻通常隨著溫度的增高而增大大多不是熱和電的良導(dǎo)體，電阻通常隨溫度的增高而減小5．大多具有展性和延性大多不具有展性和延性6．固體金屬大多屬金屬晶體固體大多屬分子型晶體7．蒸氣分子大多是單原子的蒸氣（或氣體）分子大多是雙原子或多原子的1、金屬光澤當(dāng)光線投射到金屬表面上時(shí)，自由電子吸收所有頻率的光,然后很快放出各種頻率的光(全反射),絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)鋼灰色以至銀白色光澤。金顯黃色，銅顯赤紅色，鉍為淡紅色，銫為淡黃色，鉛是灰藍(lán)色，因?yàn)樗鼈冚^易吸收某一些頻率的光。金屬光澤只有在其為晶體時(shí)才能表現(xiàn)出來(lái)，粉末狀金屬一般都呈暗灰色或黑色(漫散射)。許多金屬在光的照射下能放出電子(光電效應(yīng))。另一些在加熱到高溫時(shí)能放出電子(熱電現(xiàn)象)。2、金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性大多數(shù)金屬有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。常見(jiàn)金屬的導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力由大到小的順序排列如下：Ag銀，Cu銅，Au金，Al鋁，Zn鋅，Pt鉑，Sn錫，F(xiàn)e鐵，Pb鉛，Hg汞。3、超導(dǎo)電性金屬材料的電阻通常隨溫度的降低而減小。1911年H.K.Onnes發(fā)現(xiàn)汞冷到低于4.2K時(shí)，其電阻突然消失,導(dǎo)電性差不多是無(wú)限大,這種性質(zhì)稱(chēng)為超導(dǎo)電性。具有超導(dǎo)性質(zhì)的物體稱(chēng)為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體電阻突然消失時(shí)的溫度稱(chēng)為臨界溫度(T0)。超導(dǎo)體的電阻為零，也就是電流在超導(dǎo)體中通過(guò)時(shí)沒(méi)有任何損失。金屬的物理性質(zhì)

4、金屬的延展性：可以抽成細(xì)絲。例如最細(xì)的白金絲直徑為1/5000mm，可以壓成薄片，例如最薄的金箔，可達(dá)1/10000mm厚。

5、金屬的密度：鋰、鈉、鉀比水輕，鋨、鐵等比水重。

6、金屬的硬度：一般較大，它們之間有很大差別。有的堅(jiān)硬,如鉻、鎢等；有些軟,可用小刀切割如鈉、鉀等。7、金屬的熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)一般較高，但高低差別較大。最難熔的是鎢，最易熔的是汞、銫和鎵。汞在常溫下是液體，銫和鎵在手上受熱就能熔化。8、金屬玻璃(非晶態(tài)金屬)將某些金屬熔融后,以極快的速度淬冷。由于冷卻速度極快,高溫時(shí)金屬原子的無(wú)序狀態(tài)被“凍結(jié)”,不能形成密堆積結(jié)構(gòu)，得到與玻璃類(lèi)似結(jié)構(gòu)的物質(zhì),故稱(chēng)為金屬玻璃。金屬玻璃同時(shí)具有高強(qiáng)度和高韌性、優(yōu)良的耐腐蝕性和良好的磁學(xué)性能，因此它有許多重要的用途。典型的金屬玻璃有兩大類(lèi)：一類(lèi)是過(guò)渡金屬與某些非金屬形成的合金；另一類(lèi)是過(guò)渡金屬間組成的合金。9、金屬的內(nèi)聚力所謂內(nèi)聚力就是物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力,也就是金屬鍵的強(qiáng)度，即核和自由電子間的引力。金屬的內(nèi)聚力可以用它的升華熱衡量。金屬鍵的強(qiáng)度（用升華熱度量）主要決定于

(1)原子的大小，隨原子半徑增大升華熱減??；(2)價(jià)電子數(shù)增加，升華熱隨之增加。1.晶體的基本概念

原子作無(wú)序排列；沒(méi)有固定的熔點(diǎn)；各向同性。所有的金屬和合金都是晶體晶格—原子排列形成的空間格子晶胞—組成晶格的最基本單元晶體：非晶體：原子作有序排列；有固定的熔點(diǎn)；各向異性。Fe原子直徑約為：1.24*10^-8cm

常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三種類(lèi)型。１.體心立方晶格

體心立方的晶格是一個(gè)立方體，其中心和八個(gè)角上各有一個(gè)原子。屬于這類(lèi)晶格的金屬有α-Fe、Cr、W、V等。它們都具有較好的塑性和較大的強(qiáng)度。（1）特體心猴立方糕晶格bc訂c-Fe屢、W賀、V塔、M基o等2.面心裕立方猜晶格面心念立方導(dǎo)晶格敗的晶曠胞也啊是一弊個(gè)立方迎體，其綢六個(gè)中面中恩心和幅八個(gè)葡角上眾各有褲一個(gè)鹽原子乓。屬智于這助類(lèi)晶閱格的洲金屬凝有γ-胞Fe、Cu、Al、Ni等。它們受都具兔有較左好的簡(jiǎn)塑性采。面心厚立方筒球體腳模型暈及其推晶胞（2雞）面叨心立俘方晶壞格fc喘c-Fe汪、C廟u、婦Ni肉、A換l、謀Au遞、A崗g等３.密排薦六方恐晶格密排書(shū)六方扛晶格付的晶簽胞是粒一個(gè)六方起柱體，其挑上下刃底面要的中耗心和鎮(zhèn)十二軟個(gè)角鹿上各陸有一桑個(gè)原凈子，面且在儀六方次柱體駛的中葛間還萍有三杯個(gè)原徹子。乞?qū)儆谖诌@類(lèi)堤晶格草的金灑屬有Ｍg、Ｚn、Ｃd、Ｂe等。這類(lèi)泳金屬跪塑性品較差艘。密排拆六方現(xiàn)球體積模型啊及其越晶胞（3純）密排壇六方晶格hc率pC（石墨鍛）、Mg揪、Z攔n等金屬習(xí)的同刑素異扒構(gòu)轉(zhuǎn)評(píng)變同素季異晶浪轉(zhuǎn)變算—在雜固態(tài)嘩下，濟(jì)隨著露溫度灶的變中化，與金屬民的晶琴體結(jié)有構(gòu)從顯一種欠晶格筑類(lèi)型寄轉(zhuǎn)變形為另獄一種銹晶格懼類(lèi)型固的過(guò)胡程。L1538℃1394℃912℃同素掉異構(gòu)耐轉(zhuǎn)變是鋼壁鐵材撇料性膝能呈仇多種甘多樣搶?zhuān)勉U途廣墳泛，此并能其通過(guò)弱各種熱熱處訪理進(jìn)久一步眉改善孝其組頓織與囑性能壩的重疤要因損素。Fe餃、S友n錫、Ti鈦、Mn錳溫度℃時(shí)間15站38℃13糊94℃91腸2℃體心面心體心Fe金屬?lài)姷膶?shí)騰際晶午體結(jié)鏡構(gòu)與潑晶體素缺陷1.單晶都體和枕多晶臥體晶格拋位向伐完全過(guò)一致漆的晶芳體叫膛做單晶寶體。工業(yè)紫上使惕用的擱金屬婦都是讓由許缸多小我晶體爬組成另的多晶意體.每個(gè)伸小晶抬體稱(chēng)據(jù)為晶粒。晶粒繁與晶刺粒之結(jié)間的搏界面停稱(chēng)晶界。亞晶護(hù)粒之偶間的康交界植稱(chēng)為亞晶洗界。2、晶劫體缺判陷實(shí)際出晶體吵中存劣在的犬晶體思缺陷醉，按艇缺陷阿幾何歲特征旬可分宵為三械種：點(diǎn)缺半陷線缺虜陷面缺繭陷(1曉)點(diǎn)缺能陷——晶格擺空位宴和間勤隙原籮子在實(shí)卷際晶糟體結(jié)律構(gòu)中豈，晶握格的陳某些扎結(jié)點(diǎn)舒，往勾往未鳥(niǎo)被原文子所央占據(jù)峽，這識(shí)種空求著的鬧位置束稱(chēng)為空位。同焰時(shí)又鋼可能勿在個(gè)集別空滿隙處慎出現(xiàn)圣多余求的原富子，湯這種呆不占員有正胖常的敞晶格墾位置盲，而貓?zhí)幵谒Ц疋徔障洱堉g桶的原排子稱(chēng)聚為間隙始原子。點(diǎn)缺餅陷百→琴導(dǎo)愿致晶刊格畸跑變愛(ài)→旗強(qiáng)咳度↑勇，硬蹲度↑如:合金妨化(2肺)線缺筍陷——位錯(cuò)晶體升中，熄某處共有一皆列或胡若干登列原考子發(fā)竟生有劣規(guī)律緊的錯(cuò)口排現(xiàn)開(kāi)象，團(tuán)稱(chēng)為位錯(cuò)。位染錯(cuò)的滋主要丸類(lèi)型捐有刃悼型位黎錯(cuò)和民螺旋肆位錯(cuò)讓。(3租)面缺賊陷——晶界喬、亞鑰晶界晶界層和亞幅晶界寶上的溫原子洗排列主，是寨從一評(píng)種位般向過(guò)質(zhì)渡到敲另一訪種位暫向。賞在這蠶個(gè)過(guò)摧渡層鞭中的痛原子親排列枯是不由規(guī)則角的，畢晶格蜂發(fā)生閱畸變牙；亞播晶界票實(shí)際哈是由算一系耀列的盜刃型規(guī)位錯(cuò)蛾堆積虎而成布的。晶粒姐細(xì)→際晶界咬面積框大→湯強(qiáng)度茂高如:晶粒羽細(xì)化1.晶體御缺陷花的存原在破妨壞了利晶體浮的完賄整性,使晶移格產(chǎn)仿生畸變,晶格能量重增加,因而燥晶格垃缺陷仁相對(duì)驕于完妹整的伴晶體體來(lái)說(shuō)壓是處升于一笛種不登穩(wěn)定寄狀態(tài),它們狂在外再界條奇件(溫度建外力隱等)變化味時(shí)會(huì)貪首先儀發(fā)生倆變化,從而擦引起濃金屬梁性能糟的變餅化.2.晶體炭缺陷桶的存兔在影奇響金芳屬的強(qiáng)度,一般慘情況駝下,強(qiáng)度突隨晶唐體缺瞎陷的籮增加炎而增省加,可通況過(guò)增囑加缺太陷的雜辦法,提高絮金屬慌的強(qiáng)汽度.點(diǎn)缺倍陷→合金沸化增加夾缺陷思的辦巡壽法型線缺辭陷→念增加厲塑性牽變形(如加犬工硬徐化)面缺頓陷→兼晶?？椉?xì)化晶體塘缺陷婚與性患能的立關(guān)系晶體支缺陷≠金屬坡缺點(diǎn)金屬糧的結(jié)柱晶凝固物質(zhì)者由液穿態(tài)轉(zhuǎn)咬變成擺固態(tài)汗的過(guò)桐程。結(jié)晶如果控凝固湖的固降態(tài)物卸質(zhì)是兔原子筑（或并分子呼）作產(chǎn)有規(guī)提則排琴列的隊(duì)晶體飄，則覺(jué)這種謀凝固霜又稱(chēng)緊為結(jié)叼晶。通常,金屬多的凝睜固過(guò)廢程屬啄于結(jié)走晶過(guò)約程。例如否：北擺方冬韻天窗餐花熱火分釘析涉法純金續(xù)屬的哲冷卻抽曲線鋒與過(guò)弦冷度差熱乖分析孩法原畜理To時(shí)間溫度實(shí)際冷卻曲線T1結(jié)晶平臺(tái)(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)純金長(zhǎng)屬結(jié)妨晶時(shí)關(guān)的冷啟卻曲撿線T0：理論結(jié)晶溫度T1：實(shí)際結(jié)晶溫度

過(guò)冷：實(shí)臨際結(jié)總晶溫倦度T1總是手低于方理論咳結(jié)晶指溫度T0的現(xiàn)否象過(guò)冷欠度?T壓=覽T0-竭T1（尤冷速俊↑→紹?T筑↑）理論冷卻曲線2.金屬萌的結(jié)猾晶過(guò)促程結(jié)晶儀時(shí)晶蟲(chóng)體在角液體妖中從燃無(wú)到瞇有（牲晶核此形成蛾），墊由小展變大徒（晶毒核長(zhǎng)年大）歌的過(guò)伍程，符同時(shí)蓮存在棋同時(shí)繁進(jìn)行微。結(jié)晶胞過(guò)程跡是晶暗核不娘斷形劫成和站長(zhǎng)大物的過(guò)撕程晶核凈長(zhǎng)大典過(guò)程懂是按畝樹(shù)枝歇狀骨漢架方丙式長(zhǎng)纖大晶核摩的長(zhǎng)享大方呀式—樹(shù)枝竿狀金屬渠的樹(shù)茂枝晶金屬欣的樹(shù)譽(yù)枝晶冰的吼樹(shù)枝摩晶3.晶粒歡大小威對(duì)金忠屬力領(lǐng)學(xué)性鴿能的指影響晶粒置越細(xì)證→塑顏性、屯韌性辟越好緒；強(qiáng)俊度、飯硬度川越高金屬辯結(jié)晶迷后晶源粒大診小取腔決于形核凈率N（單思位時(shí)訂間、懶單位叼體積譜液態(tài)議金屬洽中生鳴成的賢晶核賺數(shù)目兵）和晶核絞長(zhǎng)大據(jù)率G（單煤位時(shí)吵間內(nèi)師晶核載長(zhǎng)大極的線稱(chēng)速度炎）NG晶粒越細(xì)細(xì)化過(guò)晶粒瞧的途在徑1）提昂高冷袍卻速慕度，猜增加版過(guò)冷隱度V冷△TN晶粒細(xì)小2）進(jìn)秋行變枕質(zhì)處膛理3）