金屬學(xué)與熱處理總復(fù)習(xí)ppt課件

1、金屬鍵金屬鍵n典型金屬原子構(gòu)造：最外層電子數(shù)很少，即價電子典型金屬原子構(gòu)造：最外層電子數(shù)很少，即價電子極易掙脫原子核之束縛而成為自在電子，構(gòu)成電子極易掙脫原子核之束縛而成為自在電子，構(gòu)成電子云。云。n金屬中自在電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱為金金屬中自在電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵。屬鍵。l特點(diǎn)：電子共有化，既無飽和性又無方向性，特點(diǎn)：電子共有化，既無飽和性又無方向性，構(gòu)成低能量密堆構(gòu)造構(gòu)成低能量密堆構(gòu)造l性質(zhì)：良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，延展性好性質(zhì)：良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，延展性好n 空間點(diǎn)陣：將晶體中原子或原子團(tuán)籠統(tǒng)為純幾何空間點(diǎn)陣：將晶體中原子或原子團(tuán)籠統(tǒng)為純幾何點(diǎn)陣點(diǎn)點(diǎn)陣點(diǎn) latti

2、ce point，即可得到一個由無數(shù)幾何，即可得到一個由無數(shù)幾何點(diǎn)在三維空間陳列成規(guī)那么的陣列。點(diǎn)在三維空間陳列成規(guī)那么的陣列?？臻g點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣n晶胞：為了反映晶格晶胞：為了反映晶格的對稱性，常取最小反的對稱性，常取最小反復(fù)單元的幾倍作為反復(fù)復(fù)單元的幾倍作為反復(fù)單元。單元。a c b 晶系與布拉菲點(diǎn)陣晶系與布拉菲點(diǎn)陣典型的金屬晶體構(gòu)造典型的金屬晶體構(gòu)造 面心立方面心立方A1, FCC 體心立方體心立方A2, BCC 密排六方密排六方A3, HCP28fcNNiN=N343nRnvKVV原子個數(shù)：原子個數(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、

3、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： a42r ：原子半徑原子半徑原子個數(shù)：原子個數(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)：aa21r ：原子半徑原子半徑原子個數(shù)：原子個數(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)：底面邊長晶格常數(shù)：底面邊長 a 和高和高 c， c/a=1.633晶體中原子的堆垛方式晶體中原子的堆垛方式2a2a441121n422aarB2aa43v四面體間隙的數(shù)目四面體間隙的數(shù)

4、目v四面體間隙半徑四面體間隙半徑8n4243aarB晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向：銜接晶體中恣意原子列的直線。晶向：銜接晶體中恣意原子列的直線。晶面：穿過晶體的原子面平面。晶面：穿過晶體的原子面平面。國際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。國際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。(1) 建立以晶軸建立以晶軸a，b，c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，各軸上的坐標(biāo)長度為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，各軸上的坐標(biāo)長度單位分別是晶胞邊長單位分別是晶胞邊長a，b，c，坐標(biāo)原點(diǎn)在待標(biāo)晶向上；，坐標(biāo)原點(diǎn)在待標(biāo)晶向上；(2) 選取該晶向上原點(diǎn)以外的任一點(diǎn)選取該晶向上原點(diǎn)以外的任一點(diǎn)P(xa，yb，zc)；(3) 將將x，y，z化成最小的

5、簡單整數(shù)化成最小的簡單整數(shù)u，v，w， 且且u : v : w = x : y : z；將將u，v，w三數(shù)置于方三數(shù)置于方括號括號2內(nèi)就得到晶向指數(shù)內(nèi)就得到晶向指數(shù)uvw。晶向指數(shù)求法晶向指數(shù)求法晶面指數(shù)的標(biāo)定晶面指數(shù)的標(biāo)定n建立以建立以a，b，c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系。為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系。n求待標(biāo)晶面在求待標(biāo)晶面在a，b，c軸上的截距軸上的截距x，y，z。如該晶面與某軸。如該晶面與某軸平行，那么截距為平行，那么截距為。n取截距的倒數(shù)取截距的倒數(shù)1/x,1/y,1/z。n將其化成最小的簡單整數(shù)將其化成最小的簡單整數(shù)h,k,l。n將將h，k，l置于圓括號內(nèi)，寫成置于圓括號內(nèi)，寫成n(hkl)，即為待標(biāo)晶

6、面的晶面指數(shù)。，即為待標(biāo)晶面的晶面指數(shù)。圖 晶面指數(shù)的標(biāo)定指三三指指數(shù)數(shù)系系統(tǒng)統(tǒng) 四四 數(shù)數(shù)系系統(tǒng)統(tǒng)t th hr re ee ei in nd de ex x s sy ys st te em m f fo ou ur ri in nd de ex x s sy ys st te em m（h h k k l l） （ h h k k i i l l） i i- - （h hk k）u v w u v t w t=-(u+v)u v w u v t w t=-(u+v)wWuvVvuU22)2(31VUu)2(31UVvWw )(vut六方晶系指數(shù)六方晶系指數(shù) 一切相交于某一晶向直線或平行于

7、此直線的晶面構(gòu)成一一切相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個個 “晶帶晶帶crystal zone；此直線稱為晶帶軸；此直線稱為晶帶軸crystal zone axis，一切的這些晶面都稱為共帶面。，一切的這些晶面都稱為共帶面。晶帶軸晶帶軸u v w與該晶帶的與該晶帶的晶面晶面h k l的關(guān)系的關(guān)系 hukvlw0 晶帶定律晶帶定律凡滿足此關(guān)系的晶面都凡滿足此關(guān)系的晶面都屬于以屬于以u v w為晶帶軸的晶帶。為晶帶軸的晶帶。晶帶與晶帶定理晶帶與晶帶定理221414aa224 . 121414aa2258. 023613aa2221414aa224 . 12212414aa223 . 2

8、23213613aaaaaa2a2a2a2aaaa2a2a2a2晶體的各向異性晶體的各向異性aa1212aa7 . 02212aa16. 131212aa1212aa4 . 121212aa58. 03212aaa2a2a3a3多晶型性多晶型性-Fe -Fe -Fe4 912 缺陷缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷線缺陷線缺陷 (位錯位錯)面缺陷面缺陷分類：空位、間隙原子分類：空位、間隙原子熱缺陷：弗侖克爾缺陷、肖特基缺陷熱缺陷：弗侖克爾缺陷、肖特基缺陷點(diǎn)缺陷濃度點(diǎn)缺陷濃度 位錯類型位錯類型刃型位錯刃型位錯螺型位錯螺型位錯混合位錯混合位錯柏氏矢量柏氏矢量外表外表晶界晶界相界相界實(shí)踐金屬的晶體構(gòu)造實(shí)踐金屬的晶體構(gòu)

9、造缺陷的分類缺陷的分類點(diǎn)缺陷的分類點(diǎn)缺陷的分類n弗倫克爾缺陷：在晶格內(nèi)原子熱振弗倫克爾缺陷：在晶格內(nèi)原子熱振動時，一些能量足夠大的原子分開平動時，一些能量足夠大的原子分開平衡位置后，進(jìn)入晶格點(diǎn)的間隙位置，衡位置后，進(jìn)入晶格點(diǎn)的間隙位置，變成間隙原子，而在原來的位置上構(gòu)變成間隙原子，而在原來的位置上構(gòu)成一個空位，這種缺陷稱為弗倫克爾成一個空位，這種缺陷稱為弗倫克爾缺陷。缺陷。n肖特基缺陷：假設(shè)正常格點(diǎn)上的原肖特基缺陷：假設(shè)正常格點(diǎn)上的原子，熱起伏過程中獲得能量分開平衡子，熱起伏過程中獲得能量分開平衡位置，騰躍到晶體的外表，在原正常位置，騰躍到晶體的外表，在原正常格點(diǎn)上留下空位，這種缺陷稱為肖特格

10、點(diǎn)上留下空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷?；毕荨?弗倫克爾缺陷弗倫克爾缺陷肖特基缺陷肖特基缺陷根據(jù)產(chǎn)生缺陷的緣由來劃分u點(diǎn)缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。點(diǎn)缺陷的存在使晶體體積膨脹，密度減小。u點(diǎn)缺陷引起電阻的添加，這是由于晶體中存在點(diǎn)缺陷時，點(diǎn)缺陷引起電阻的添加，這是由于晶體中存在點(diǎn)缺陷時，對傳導(dǎo)電子產(chǎn)生了附加的電子散射，使電阻增大。對傳導(dǎo)電子產(chǎn)生了附加的電子散射，使電阻增大。u空位對金屬的許多過程有著影響，特別是對高溫下進(jìn)展的空位對金屬的許多過程有著影響，特別是對高溫下進(jìn)展的過程起著重要的作用。過程起著重要的作用。u金屬的分散、高溫塑性變形的斷裂、退火、沉淀、外表化金屬的分散、高溫塑性變

11、形的斷裂、退火、沉淀、外表化學(xué)熱處置、外表氧化、燒結(jié)等過程都與空位的存在和運(yùn)動有學(xué)熱處置、外表氧化、燒結(jié)等過程都與空位的存在和運(yùn)動有著親密的聯(lián)絡(luò)。著親密的聯(lián)絡(luò)。 u過飽和點(diǎn)缺陷如淬火空位、輻照缺陷還提高了金屬的過飽和點(diǎn)缺陷如淬火空位、輻照缺陷還提高了金屬的屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度。線缺陷線缺陷CBADABCn位錯畸變區(qū)也是幾個原子間距寬度，同樣是線位錯。位錯畸變區(qū)也是幾個原子間距寬度，同樣是線位錯。相律相律2PCF自在度數(shù)自在度數(shù)獨(dú)立組元數(shù)獨(dú)立組元數(shù)相數(shù)相數(shù)外界要素外界要素 是表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自在度數(shù)、組是表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自在度數(shù)、組元數(shù)和平衡相數(shù)之間的關(guān)系式。元數(shù)和平衡相數(shù)之間的關(guān)

12、系式。式中的式中的2 2，就是溫度和壓力，假設(shè)還有其它要素，那么為，就是溫度和壓力，假設(shè)還有其它要素，那么為n n； 組元數(shù)組元數(shù) C=1 根據(jù)相律：根據(jù)相律： F=1-P+2=3-PF0, P3假設(shè)，假設(shè)，F(xiàn)=0，那么，那么P=3，即最多有三相平衡。，即最多有三相平衡。 假設(shè)，假設(shè)，P=1，那么，那么F=2可以用溫度和壓力作坐標(biāo)的平面圖可以用溫度和壓力作坐標(biāo)的平面圖 (p-T圖圖) 來表示系統(tǒng)的相圖。來表示系統(tǒng)的相圖。純鐵的冷卻曲線純鐵的冷卻曲線結(jié)晶的過冷景象結(jié)晶的過冷景象 吉布斯自在能隨溫度變化的關(guān)系吉布斯自在能隨溫度變化的關(guān)系 結(jié)晶的熱力學(xué)條件結(jié)晶的熱力學(xué)條件mmVTTLG結(jié)晶的熱力學(xué)條

13、件：就是必需有一定的過冷度。結(jié)晶的熱力學(xué)條件：就是必需有一定的過冷度。 均勻形核均勻形核 非均勻形核非均勻形核形核形核均勻形核的能量條件均勻形核的能量條件晶胚構(gòu)成時系統(tǒng)自晶胚構(gòu)成時系統(tǒng)自由能的變化與半徑的關(guān)系由能的變化與半徑的關(guān)系mmVTTLGTLTrmm2非均勻形核非均勻形核在實(shí)踐金屬液體中，存在許多微小的固相質(zhì)點(diǎn)；另在實(shí)踐金屬液體中，存在許多微小的固相質(zhì)點(diǎn)；另外，錠模的內(nèi)壁總是與金屬液體接觸的，這些固體外，錠模的內(nèi)壁總是與金屬液體接觸的，這些固體的外表為晶核的構(gòu)成提供了方便，晶核優(yōu)先依靠于的外表為晶核的構(gòu)成提供了方便，晶核優(yōu)先依靠于這些現(xiàn)成的外表而構(gòu)成。這種形核方式稱為非均勻這些現(xiàn)成的外表

14、而構(gòu)成。這種形核方式稱為非均勻形核，也叫做異質(zhì)形核。形核，也叫做異質(zhì)形核。 ）（均非4coscos323GG 不同潤濕角的晶核形貌不同潤濕角的晶核形貌 均勻形核率和非均勻形核率隨過冷度變化的對比均勻形核率和非均勻形核率隨過冷度變化的對比 b b形核率與溫度的關(guān)系形核率與溫度的關(guān)系a a溫度對溫度對N1N1、N2N2的影響的影響形核率形核率*expexpGQNKkTkT液液-固界面的微觀構(gòu)造固界面的微觀構(gòu)造晶核的長大機(jī)制晶核的長大機(jī)制界面前沿的溫度梯度界面前沿的溫度梯度晶體的長大形狀晶體的長大形狀晶粒大小的控制晶粒大小的控制鑄件的宏觀組織鑄件的宏觀組織鑄錠組織的控制鑄錠組織的控制n縮孔：金屬和合

15、金在凝固過程要發(fā)生體積收縮，在鑄錠縮孔：金屬和合金在凝固過程要發(fā)生體積收縮，在鑄錠(件件)中構(gòu)成收縮孔洞，中構(gòu)成收縮孔洞，鑄錠缺陷鑄錠缺陷n氣泡：溶入液態(tài)中的氣體，在凝固時脫溶析出，構(gòu)成氣泡留氣泡：溶入液態(tài)中的氣體，在凝固時脫溶析出，構(gòu)成氣泡留在鑄錠內(nèi)。在鑄錠內(nèi)。n 非金屬夾雜：金屬和氣體構(gòu)成化合物，或者外來雜物及耐非金屬夾雜：金屬和氣體構(gòu)成化合物，或者外來雜物及耐火資料沖刷進(jìn)液體中，即構(gòu)成非金屬夾雜物。火資料沖刷進(jìn)液體中，即構(gòu)成非金屬夾雜物。n熱應(yīng)力引起的裂紋：鑄錠或鑄件冷卻時會引起很大的熱應(yīng)熱應(yīng)力引起的裂紋：鑄錠或鑄件冷卻時會引起很大的熱應(yīng)力，假設(shè)處置不當(dāng)會出現(xiàn)裂紋，普通是縱向裂紋。力，假設(shè)處置不當(dāng)會出現(xiàn)裂紋，普通是縱向裂紋。凝凝 固固結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶條件結(jié)晶條件形核方式形核方式晶體長大晶體長大熱力學(xué)條件：熱力學(xué)條件：動力學(xué)條件：動力學(xué)條件：構(gòu)造條件：構(gòu)造條件：能量條件：能量條件：G0 動態(tài)過冷動態(tài)過冷構(gòu)造起伏相起伏構(gòu)造起伏相起伏能量起伏臨界形核功能量起伏臨界形核功均勻形核：均勻形核：非均勻形核：非均勻形核：在均勻液相中依托相起伏和能量在均勻液相中依托相起伏和能量起伏而實(shí)現(xiàn)的形核，非常困難。起伏而實(shí)現(xiàn)的形核，非常困難。依靠在外來固態(tài)外表形核，在同依靠在外來固態(tài)外表形核，在同樣條件下，比均勻形核更容易。樣條件下，比均勻形核更容易。凝固實(shí)際的運(yùn)用凝固實(shí)際