工程材料2晶體結(jié)構(gòu)

1、2 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 材料的性能取決于材料的化學(xué)成分和其內(nèi)部微觀的組織結(jié)構(gòu)。物質(zhì)有氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)。 由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱為凝固。2.1純金屬的典型晶體結(jié)構(gòu)純金屬的典型晶體結(jié)構(gòu) 材料的結(jié)構(gòu)是指材料原子的空間組合、分布與排列情況。 三種物態(tài)： 固體-晶體和非晶體； 液體； 氣體。2.1.1 晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)原子（離子）的剛球模型原子（離子）的剛球模型原子中心原子中心位置位置固態(tài)物質(zhì)晶 體非晶體 規(guī)則排列 無(wú)規(guī)排列聚集聚集分為 原子（離子或分子）在三維空間排列的物質(zhì)稱為晶體，如天然金剛石、水晶、氯化鈉等。 原子（離子或分子）在空間排列的物質(zhì)則稱為非晶體，如松

2、香、石臘、玻璃等。晶體晶體金剛石、金剛石、NaClNaCl、冰、冰 等。等。液體液體非晶體非晶體 ： 蜂蠟、玻璃蜂蠟、玻璃 等。等。一一. .晶體與非晶體晶體與非晶體1) 熔點(diǎn)熔點(diǎn)晶 體：規(guī)則排列不規(guī)則排列突變突變 有有確定的熔點(diǎn)非晶體：不規(guī)則排列不規(guī)則排列漸變漸變 無(wú)無(wú)確定的熔點(diǎn)2) 各向異性各向異性 晶 體 各向異異性非晶體 各向同同性特點(diǎn)：特點(diǎn)： 許多物質(zhì)的晶體與非晶體間在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)變。如金屬液體在高速冷卻（大于107/s ）下可得到非晶態(tài)金屬。 有些物體是晶體與無(wú)定形體的混合物，例如某些塑料。單晶體鐵彈性 模量E的差異晶體晶體非晶體非晶體晶體晶體非晶體非晶體時(shí)間時(shí)間溫溫度度

3、晶體和非晶體熔化曲線晶體和非晶體熔化曲線熔點(diǎn)熔點(diǎn)固態(tài) 液態(tài)液體液體1. 空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣：把構(gòu)成固體的基本質(zhì)點(diǎn)看成空間的幾何點(diǎn)，這些點(diǎn)的空間排列陣容即為空間點(diǎn)陣。2.晶格晶格：用一些假想線條將點(diǎn)陣中的質(zhì)點(diǎn)連結(jié)起來(lái)所構(gòu)成的空間格架稱為晶格。4.晶格常數(shù)晶格常數(shù)：晶胞各邊的尺寸a、b、c稱晶格常數(shù)，其大小以 表示；其棱邊夾角用、表示。03. 晶胞晶胞：晶格中能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元。二二. 晶格、晶胞和晶格常數(shù)晶格、晶胞和晶格常數(shù)5晶系晶系 根據(jù)晶格常數(shù)和棱夾角關(guān)系對(duì)所有晶體分析，可把它們的空間點(diǎn)陣分為14種類型，14種點(diǎn)陣歸屬7種晶系。6晶格尺寸和原子半徑晶格尺寸和原子半徑 1）晶格尺

4、寸）晶格尺寸 晶格尺寸用晶格常數(shù)表示。立方晶格中a=b=c，用一個(gè)常數(shù)a表示即可。 2) 原子半徑原子半徑 原子在某種晶格中的原子半徑， 等于晶胞中原子密度最大的方向上相 鄰兩原子的中心之間距離的一半。XYZabc2r2raaar)4/3(2222)22()(rraaa22)4(3ra 6晶格尺寸和原子半徑晶格尺寸和原子半徑7晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)8致密致密度度和和配位數(shù)配位數(shù) 1）致密度）致密度 把原子看成剛性小球，原子所占體積與晶胞體積之比. 2）配位數(shù)）配位數(shù) 晶格中與任一個(gè)原子最鄰近、等距離的原子數(shù)目。指一個(gè)晶胞中所含的原子數(shù)目。2.1.2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、一、金屬的特性

5、和金屬的特性和金屬鍵金屬鍵金屬的特性金屬的特性: :1.良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。 絕大多數(shù)金屬具有超導(dǎo)性，即在溫度接近于絕對(duì)零度時(shí)電阻突然下降，趨近于零。3.良好的塑性變形能力，金屬材料的強(qiáng)韌性好。 金屬鍵沒(méi)有方向性，原子間也沒(méi)有選擇性，所以在受外力作用而發(fā)生原子位置的相對(duì)移動(dòng)時(shí)，結(jié)合鍵不會(huì)遭到破壞。4.不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤。 金屬中的自由電子能吸收并隨后輻射出大部分投射到表面的光能。2.正的電阻溫度系數(shù)。這主要與金屬原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及這主要與金屬原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及原子間的結(jié)合方式有關(guān)。原子間的結(jié)合方式有關(guān)。金屬為什么具有這些特性呢金屬為什么具有這些特性呢? ? 原子間的吸引力（原子間的吸

6、引力（吸引吸引）和排斥力（）和排斥力（排斥排斥）及它們的合力（）及它們的合力（總總）與原子）與原子距離的關(guān)系，合力（距離的關(guān)系，合力（總總）為零時(shí)，原子距離為）為零時(shí)，原子距離為a a0 0吸引力（吸引力（吸引吸引）和排斥力（）和排斥力（排斥排斥）平衡，）平衡，原子間相互作用的勢(shì)能最小原子間相互作用的勢(shì)能最小0 0，即，即原子間的結(jié)合能原子間的結(jié)合能。2.1.2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1 1、原子間的結(jié)合能、原子間的結(jié)合能 若改變上述平衡都需要做功，引起能量的升高。若改變上述平衡都需要做功，引起能量的升高。 物質(zhì)的原子（離子或分子）之間通過(guò)某種相互作用，使原子穩(wěn)定結(jié)合在一起物質(zhì)的原子（離

7、子或分子）之間通過(guò)某種相互作用，使原子穩(wěn)定結(jié)合在一起的力稱為結(jié)合鍵。結(jié)合鍵對(duì)物質(zhì)的性能有極大影響。的力稱為結(jié)合鍵。結(jié)合鍵對(duì)物質(zhì)的性能有極大影響。 結(jié)合鍵的基本類型有離子鍵離子鍵、共價(jià)鍵共價(jià)鍵、金屬鍵金屬鍵和分子鍵分子鍵。 ，使許多金屬離子互相結(jié)合在一起，這樣形成的化學(xué)鍵即是金屬鍵。 金屬鍵使固態(tài)金屬具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性并能塑性變形。 所形成的化學(xué)鍵，例如金剛石、SiC等結(jié)構(gòu)。2、原子結(jié)合鍵的類型、原子結(jié)合鍵的類型1）金屬鍵）金屬鍵2）共價(jià)鍵）共價(jià)鍵 所形成的化學(xué)鍵。如NaCl晶體內(nèi)Na+與Cl-之間的結(jié)合鍵。 上述離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵的分子或晶體內(nèi)部原子之間有強(qiáng)烈的吸引作用，結(jié)合鍵較強(qiáng)。4

8、）分子鍵和氫鍵）分子鍵和氫鍵 （1）分子鍵）分子鍵 而引起的短程靜電引力形成的結(jié)合鍵，又稱范德瓦爾斯鍵范德瓦爾斯鍵。（2）氫鍵）氫鍵 氫原子與電負(fù)性很大的原子結(jié)合后，核外電子偏移，因而能和另一個(gè)電負(fù)性大原子半徑小的原子產(chǎn)生而形成的結(jié)合鍵。鍵的能量約在10千卡/摩爾以下，鍵的能量比例大致如下： 3）離子鍵）離子鍵 范氏鍵：氫鍵：共價(jià)鍵=1：10：100。 離子鍵結(jié)合能最高。3、工程材料的鍵性、工程材料的鍵性1）金屬材料）金屬材料 主要是金屬鍵。周期表中過(guò)渡族及4A列的一些元素結(jié)合 鍵為金屬鍵和共價(jià)鍵混合型。一些金屬間化合物則為金屬鍵與離子鍵混合型，例如Fe5Zn21 、Al9CO3等。2）陶瓷材

9、料）陶瓷材料 工程陶瓷以離子鍵和共價(jià)鍵為主要結(jié)合鍵。3）高分子材料）高分子材料 高聚物分子鏈上主價(jià)鍵為共價(jià)鍵，分子間結(jié)合鍵（次 價(jià)鍵）為范氏鍵。二二.常見(jiàn)金屬晶體的結(jié)構(gòu)常見(jiàn)金屬晶體的結(jié)構(gòu)體心立方晶格 面心立方晶格 密排立方晶格1、體心立方晶格、體心立方晶格體心立方晶格中： 原子半徑 原子數(shù) 個(gè)； 配位數(shù)等于8 ； 致密度 屬這類晶格的金屬有-Fe、-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb等。68. 034233arK21881ar)4/3( 體心立方晶格的晶胞如圖所示。配配位位數(shù)數(shù)XYZabc2r2raaar)4/3(2222)22()(rraaa22)4(3ra 2、面心立方晶格、面心立方晶格面心立

10、方晶格的晶胞如圖所示。 面心立方晶胞中： 原子半徑為 ； 原子數(shù)為 ； 配位數(shù)為12 ； 致密度為0.74 。 屬這類晶格的金屬有：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、Rh等。4621881ar42配位數(shù)配位數(shù)3、密排六方晶格、密排六方晶格密排立方晶胞中： 晶格常數(shù)用a、c表示。 理想密排時(shí)，兩者比值c/a1.633 ； 原子數(shù)為 ； 原子半徑 ； 配位數(shù)為12 ； 致密度為0.74 。 屬這類晶格的 金屬有Mg、Zn、Be、Cd等。632211261ar21配配位位數(shù)數(shù) 1）晶面）晶面：晶體中各個(gè)方位的原子面。 2）晶面指數(shù)）晶面指數(shù)：用來(lái)表示晶面位向的一組數(shù)字符號(hào)。 確定晶面指數(shù)確定晶面

11、指數(shù)按下面三個(gè)步驟進(jìn)行：通過(guò)原子中心的平面。通過(guò)原子中心的平面。四四. 金屬晶體中金屬晶體中晶面晶面和和晶向晶向的表示方法的表示方法1.立方晶系的立方晶系的晶面晶面表示方法表示方法xyzo求法：求法：定原點(diǎn)定原點(diǎn) 求截距求截距 化最小整數(shù)化最小整數(shù) 加（）加（） 取倒數(shù)取倒數(shù)例：例：X 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 1Y 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 1Z 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 11 1 1( ) 1 1 1晶面指數(shù)晶面指數(shù)2. 實(shí)際上表示所有相互平行的晶面（實(shí)際上表示所有相互平行的晶面（ h k l )求法：求法：定原點(diǎn)定原點(diǎn) 求截距求截距 化最小整數(shù)化最小整數(shù) 加（）特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 直接表示任意晶面直接表示任意晶面 取倒數(shù)取倒

12、數(shù)例：例：X 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 1Z 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 1 1 ( ) 1 1 0Y 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 1晶面指數(shù)晶面指數(shù)繪出 晶面) 2 1 1 ( ) 4 3 3 (和 ) 4 3 3 () 2 1 1 ( ) 41 31 31- () 21 1- 1 ( ) 43 1 1- (取倒數(shù)化簡(jiǎn)定原點(diǎn)定原點(diǎn) 求截距求截距 化最小整數(shù)化最小整數(shù) 加（） 取倒數(shù)取倒數(shù)1）晶向晶向：晶體中，任意兩個(gè)原子之間連線所指的方向。用晶向指 數(shù)表示。2）確定晶向指數(shù)的方法如下：通過(guò)原子中心的直線所指的方向。通過(guò)原子中心的直線所指的方向。2.立方晶系的立方晶系的晶晶向向表示方法表示方法求法：求法：定原點(diǎn)定原點(diǎn) 建坐標(biāo)建坐標(biāo)

13、化最小整數(shù)化最小整數(shù) 加加 求坐標(biāo)求坐標(biāo)例：例：oxyzX 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 1Y 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 1Z 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 11 1 1 111晶向指數(shù)晶向指數(shù)xyzo求法：求法：定原點(diǎn)定原點(diǎn) 建坐標(biāo)建坐標(biāo) 化最小整數(shù)化最小整數(shù) 加加 求坐標(biāo)求坐標(biāo)例：例：111X 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 0Y 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 0Z 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 10 0 1 001晶向指數(shù)晶向指數(shù) 求法：定原點(diǎn)定原點(diǎn) 建坐標(biāo)建坐標(biāo) 化最小整數(shù)化最小整數(shù) 加加 求坐標(biāo)求坐標(biāo)例：例：111X 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 1Y 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) -1Z 軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 11 -1 1001111 111 3. 實(shí)際上表示所有相互平行、方向一致的晶向?qū)嶋H上表示所有相互平行、

14、方向一致的晶向u v w特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 直接表示任意兩點(diǎn)連線的方向直接表示任意兩點(diǎn)連線的方向2. 只表示方向，不表示長(zhǎng)短只表示方向，不表示長(zhǎng)短晶向指數(shù)晶向指數(shù)xyzo100繪出100、 晶向101101繪出231、 晶向 1233123131 1 3223123132晶向指數(shù)晶向指數(shù)31繪出100、 晶向101101 12323131 1 3223131 32- 1 323132 123繪出231、 晶向 123技巧：技巧：當(dāng)晶向指數(shù)中有大于當(dāng)晶向指數(shù)中有大于1的數(shù)時(shí)，的數(shù)時(shí)，外延晶胞，直接求點(diǎn)外延晶胞，直接求點(diǎn)將指數(shù)化為分?jǐn)?shù)將指數(shù)化為分?jǐn)?shù)100晶向指數(shù)晶向指數(shù)課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：001 0

15、10 100110112011 (001) (010) (100)(110)011 (112)110)110(2. 一個(gè)晶向指數(shù)代表一系列相互平行、方向相同的晶向。1. 立方晶系，數(shù)字相同，僅正負(fù)號(hào)、數(shù)字排序不同的屬同一晶向族。3. 一個(gè)晶向族代表一系列性質(zhì)地位相同的晶向。例：111111 111 111 111111111 111= 100001010100001010= 晶向族：晶向族與晶面族晶向族與晶面族2. 一個(gè)晶面指數(shù)代表一系列相互平行的晶面晶面族：1. 對(duì)于立方晶系，數(shù)字相同，僅正負(fù)號(hào)、數(shù)字排序不同的屬同一晶面族3. 一個(gè)晶面族代表一系列性質(zhì)地位相同的晶面例：(110)101()0

16、11()101()011()101()110()011 (= 110 )011() 110()110()101(111)111() 111 ()111() 111()111()111 ()111(= 111 晶向指數(shù)與晶面指數(shù)的關(guān)系晶向指數(shù)與晶面指數(shù)的關(guān)系指數(shù)數(shù)字相同的晶向與晶面相互垂直 僅僅 對(duì)于立方晶系而言對(duì)于立方晶系而言例：110 與 (110)100 與 (100)111 與 (111)五五. 晶體的各向異性晶體的各向異性單晶體鐵彈性模量E的差異2.2 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.2.1 多晶體多晶體 位向不同、外形不規(guī)則的小晶體稱為晶粒晶粒； 晶粒與晶粒之間的交界稱為晶界

17、晶界。1）單晶體）單晶體2）多晶體）多晶體 內(nèi)部晶格位向完全一致的晶體稱為單晶體單晶體。具有各自異性。單晶體示意圖純鐵顯微組織純鐵顯微組織 由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體多晶體。 一般金屬材料都是多晶體。一般金屬材料都是多晶體。 在實(shí)際金屬晶體的一個(gè)晶粒內(nèi)部，其晶格也并不像理想晶體那樣完全一致，而是存在著許多尺寸更小、位向差也很小(23)的小晶塊，它們相互嵌鑲成一顆晶粒，這些小晶塊稱為亞晶粒(或稱亞組織)。 在亞晶粒內(nèi)部，晶格的位向是一致的。兩相鄰亞晶粒間的邊界稱為亞晶界。3）亞組織）亞組織2.2.2 晶體缺陷晶體缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷在三個(gè)方向上尺寸都很小線缺陷線缺陷在二個(gè)方向上尺寸很小面缺陷面缺

18、陷在一個(gè)方向上尺寸很小 晶體中原子排列偏離完整性的區(qū)域，即晶格的不完整部位稱晶體缺陷晶體缺陷。一一.點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 晶體中存在空位、間隙原子、置換原子都是晶格的點(diǎn)缺陷，它們會(huì)導(dǎo)致“晶格畸變”的現(xiàn)象。局部點(diǎn)陣畸變?cè)訜嵴駝?dòng)克服約束，遷移到新的位置空位、間隙原子部分原子獲得足夠高的能量形成引起點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響 點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱晶格畸變。 從而使晶體屈服強(qiáng)度、硬度提高，電阻增加。二二. 線缺陷線缺陷位錯(cuò)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)生局部滑移，滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱作位錯(cuò)位錯(cuò)。分為刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)：刃型

19、位錯(cuò)：刃位錯(cuò)的形成刃位錯(cuò)的形成形成畸變區(qū)多出(或少了)半排原子面用(或)表示 刃位錯(cuò)刃位錯(cuò)正：上壓下拉負(fù)：上拉下壓 稱為主要為正應(yīng)力特征類型負(fù)刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)：半原子面在滑移面以上的稱正位錯(cuò)，用“ ”表示。半原子面在滑移面以下的稱負(fù)位錯(cuò)，用“ ”表示。正刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)原子面部分錯(cuò)動(dòng)一個(gè)原子間距螺位錯(cuò)螺位錯(cuò) 不吻合過(guò)渡區(qū)形成畸變區(qū)純剪切應(yīng)力區(qū) 形成 稱作金屬?gòu)?qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系金屬?gòu)?qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系 位錯(cuò)也引起晶格畸變。位錯(cuò)也引起晶格畸變。 金屬?gòu)?qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系是：位錯(cuò)的存在可降低理想晶體的強(qiáng)度，大量的位錯(cuò)又可使其強(qiáng)度提高。 位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。

20、= S/V (cm/cm3或1/cm2) 金屬的位錯(cuò)密度在1041012/cm2 生產(chǎn)中一般采用增加位錯(cuò)的辦法提高材料的強(qiáng)度。生產(chǎn)中一般采用增加位錯(cuò)的辦法提高材料的強(qiáng)度。 三三. 面缺陷面缺陷晶界與亞晶界晶界與亞晶界 亞晶界：指亞晶粒之間形成的交界面。是一系列刃型位錯(cuò)所形成的小角晶界。 晶界：是指不同位向晶粒的過(guò)渡部位，即晶粒之間的交界面。寬度為510個(gè)原子間距，位向差一般為3040亞晶粒是組成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10 2 )的小晶塊。 晶界處原子的不規(guī)則排列，即晶格處于畸變狀態(tài)，使晶界處能量高出晶粒內(nèi)部能量，因此晶界與晶粒內(nèi)部有著一系列不同的特性。晶界特點(diǎn)晶界特點(diǎn) 晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

21、，使強(qiáng)度和硬度提高，晶粒越細(xì)，晶界越多，強(qiáng)度越高；晶粒越細(xì)，金屬的塑性變形能力越大，塑性越好。 即細(xì)即細(xì)晶強(qiáng)化。晶強(qiáng)化。 當(dāng)金屬暴露在腐蝕環(huán)境里，晶界容易被腐蝕；當(dāng)金屬暴露在腐蝕環(huán)境里，晶界容易被腐蝕； 晶界處的熔點(diǎn)較晶粒內(nèi)低；晶界處的熔點(diǎn)較晶粒內(nèi)低； 當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，晶界處是優(yōu)先成核的位置；當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，晶界處是優(yōu)先成核的位置； 原子在晶界上擴(kuò)散比在晶粒內(nèi)部快；原子在晶界上擴(kuò)散比在晶粒內(nèi)部快； 由于晶界處對(duì)晶體的滑移由于晶界處對(duì)晶體的滑移(即位錯(cuò)移動(dòng)即位錯(cuò)移動(dòng))起阻礙作用，使這里不起阻礙作用，使這里不易產(chǎn)生塑性變形，故晶界處的硬度、強(qiáng)度均較晶內(nèi)為高；易產(chǎn)生塑性變形，故晶界處的硬

22、度、強(qiáng)度均較晶內(nèi)為高； 晶界處的電阻率也較晶內(nèi)為大。晶界處的電阻率也較晶內(nèi)為大。2.3 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 金屬材料的凝固是最典型的結(jié)晶。凝固與結(jié)晶凝固與結(jié)晶 凝固凝固是是指從液態(tài)經(jīng)冷卻逐漸變硬為固態(tài)的過(guò)程，固化后的物質(zhì)為非晶體。 結(jié)晶結(jié)晶指具有固定的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)，凝固后形成晶體物質(zhì)的過(guò)程。 晶體晶體液體液體結(jié)晶結(jié)晶 熔融液體的粘度和冷卻速度影響到凝固后得到晶體還是非晶體。1）熔融液體的粘度熔融液體的粘度 粘度表征流體中發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力。圖31。dxdvsf 液體的粘度極小時(shí)，原子的遷移能力極強(qiáng)，絕大多數(shù)能凝固為晶體。反之不利于結(jié)晶。例如玻璃、塑料等。 凝固時(shí)的

23、冷卻速度愈大，降溫快，特快的冷卻速度，原子擴(kuò)散受到制約，使形核困難，凝固后易得到非晶體。 如金屬冷卻速度大于106/s時(shí)，可獲得非晶態(tài)金屬。xfs凝固狀態(tài)的影響因素凝固狀態(tài)的影響因素2）熔融液體的冷卻速度熔融液體的冷卻速度2.3.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶冷卻曲線冷卻曲線tTT0Tn理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度開(kāi)始結(jié)晶溫度開(kāi)始結(jié)晶溫度 T過(guò)冷度過(guò)冷度T= T0 - Tn純金屬結(jié)晶的條件就是純金屬結(jié)晶的條件就是應(yīng)當(dāng)有一定的過(guò)冷度應(yīng)當(dāng)有一定的過(guò)冷度（克服界面能克服界面能）一一. 冷卻曲線與過(guò)冷度冷卻曲線與過(guò)冷度 過(guò)冷度T理論結(jié)晶溫度T0與實(shí)際結(jié)晶溫度Tn之差：T T0Tn 冷卻速度越大過(guò)冷度越大。即

24、實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度。 2）結(jié)晶時(shí)會(huì)放出結(jié)晶潛熱。）結(jié)晶時(shí)會(huì)放出結(jié)晶潛熱。1）過(guò)冷現(xiàn)象）過(guò)冷現(xiàn)象結(jié)晶時(shí)的現(xiàn)象結(jié)晶時(shí)的現(xiàn)象一一.冷卻曲線與過(guò)冷度冷卻曲線與過(guò)冷度 形核途徑有： A. 自發(fā)形核：晶核由液體中近程有序的原子集團(tuán)形成； B. 非自發(fā)形核(異質(zhì)形核)：晶核依附固態(tài)物質(zhì)表面形成。 1）形核）形核2）長(zhǎng)大）長(zhǎng)大 形核過(guò)程是：孕育期晶胚晶核平面、均勻長(zhǎng)大、樹(shù)枝狀長(zhǎng)大二二. 結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程均勻長(zhǎng)大均勻長(zhǎng)大樹(shù)枝狀長(zhǎng)大樹(shù)枝狀長(zhǎng)大最常見(jiàn)的長(zhǎng)大方式最常見(jiàn)的長(zhǎng)大方式 物質(zhì)中的物質(zhì)中的自由能自由能自動(dòng)向外界釋放自動(dòng)向外界釋放出其多余的能量。出其多余的能量。 溫度低于溫度低于T0，液體將結(jié)晶；，液體

25、將結(jié)晶； 溫度高于溫度高于T0，晶體將熔化。，晶體將熔化。 結(jié)晶時(shí)，還受結(jié)晶時(shí)，還受結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)條件影響。影響。 同一物質(zhì)的液體和晶體，其自由同一物質(zhì)的液體和晶體，其自由能相同時(shí)的溫度為理論結(jié)晶溫度能相同時(shí)的溫度為理論結(jié)晶溫度T0。三三. 結(jié)晶的條件結(jié)晶的條件2.3.2 金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 同一種金屬元素在不同條件同一種金屬元素在不同條件下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度等外界條件變化時(shí)，晶格類型會(huì)等外界條件變化時(shí)，晶格類型會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，稱為發(fā)生轉(zhuǎn)變，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 純鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，純鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，可以形成體心立方和面心立方可以形成體心立方和面心立方兩種晶格的同素異晶體。兩種晶格的同素異晶體。 1.晶粒度晶粒度 晶粒度表示晶粒大小，由平面截面單位面積內(nèi)所包含晶粒個(gè)數(shù)或晶粒平均直徑來(lái)表示晶粒的大小來(lái)表示。其它金屬也有各自的晶粒度標(biāo)準(zhǔn)。2.4 晶粒大小的控制晶粒大小的控制2.4.1 晶粒度的概念晶粒度的概念YB27中對(duì)結(jié)構(gòu)鋼規(guī)定了八個(gè)級(jí)。晶粒度晶粒度1 12 23 34 45 56 67 78 8單位面積晶粒數(shù)單位面積晶粒數(shù)（個(gè)（個(gè)/mm/mm2 2）1632641282