工程材料第二章课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,主编：东南大学 戴枝荣 张远明,主讲：张 建,学时：54,工 程 材 料,（工程材料及机械制造基础,）,第二章,晶体结构与结晶,第一节 金属的晶体结构,一、晶体概念,晶 体：指原子按一定的几何形状作有,规律的重复排列的物体。,非晶体：指原子无规律、无次序地堆聚,在一起的物体。,金属的结构,晶态,非晶态,SiO,2,的结构,晶格：把,晶体中的原子假想为几何结点，并用直线从,原子的中心连接起来形成的表示晶体中原子排,列形式的空间格子,晶面：晶格中各种方位的原子面,晶向：晶格中由原子组成的任何一直线所代表的方向,晶胞：构成晶格的最基本几何单元,晶格常数：用以表示晶胞大小和形状的参数,（基本尺寸为 A,1A=,10,-8,cm）,特点：晶格类型、晶格常数不同，则呈现出不同的物,理、化学、机械性能。,二、常见的金属晶格,(一)体心立方晶格,组成：由八个原子构成一个立方体，并在立方体,的体积中心有一个原子。,晶胞：如图,致密度：68%(组成晶胞原子所占晶胞体积的比例),此类金属：Fe、Cr、MO、W、V,(二)面心立方晶格,组成：由八个原子构成一个立方体，并在立方体,的六个侧面的中心各一个原子。,晶胞：如图,致密度：74%,此类金属：Fe、Cu、Al、Ni,(三)密排六方晶格,组成：由上、下底面六个角及中心各有一个原子,构成一个六方柱体，并在六方柱体的三个,侧面的中心各有一个原子。,晶胞：如图,致密度：74%,此类金属：Be、Mg、Zn、Cd,三、单晶体的各向异性,各向异性：在同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能不,同的现象。,形成原因：各晶面、晶向上的原子排列密度不同。,单晶体：结晶方位完全一致的晶体，具有各向异性的特征.,单晶体示意图 多晶体示意图,单晶的制备：垂直提拉法和尖端形核法。,第二节 实际金属结构,一、多晶体结构,晶粒：具有不规则颗粒形状的小晶体,晶界：晶粒之间界面,特点：晶界上原子排列总是不规则的,多晶体：由多种位向不同的晶粒组成的晶体结构,特点：多晶体不显示各向异性（原因：在多晶体,中各个晶粒的位向紊乱）,晶粒尺寸:钢铁为0.1,0.001,mm；,有色金属较大,显微组织：在显微镜下观察到,各种晶体的形态、,大小和分布性况,二、晶格缺陷,晶格缺陷：是由于晶体中的某些原子偏离正常位置而,造成的晶格畸变,(一)点缺陷,点缺陷：是晶体中在X,Y,Z三维方向上尺寸都很小,的晶体缺陷。包括：晶格空位、置换原,子、间 隙原子,形成原因：原子在各自平衡位置做不停的热运动,结构特点：如图,空位,间隙原子,小置换原子,大置换原子,(二)线缺陷,线缺陷：晶体中呈线状分布的缺陷,典型结构：刃型位错、螺型位错,影响：金属的塑性变形主要由位错运动引起，阻碍,位错运动是强化金属的主要途径。从,-,关系看出，减少或增加位错密度都可以提高,金属的强度。,电子显微镜下的位错,透射电镜下钛合金中的位错线(黑线),高分辨率电镜下的刃型位错（白点为原子）,(三)面缺陷,面缺陷：一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错,排区域。分为晶界、亚晶界、表面等。,晶 界：不同位向晶粒的过度部位。宽度为510,个原子间距，位向差一般为2040。,亚晶粒：位向差很小（10 2)的小晶块。,亚晶界：亚晶粒之间的交界面称。亚晶界也可看作,位错壁。,结论：金属存在晶格缺陷，其性能会发生改变。,实际金属是由很多晶粒组成，金属内部存在着,点缺陷、位错、晶界和亚晶界。,点缺陷对金属材料的热处理过程极为重要。,位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性,能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。金,属冷变形加工后的加工硬化，就是由于位错密,度的增加所致。,点缺陷、晶界和亚晶界也与材料的力学性能有,关。,第三节 非金属晶体,晶体的分类：金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子,晶体,(一)离子晶体,离子晶体：以离子键的静电引力形成的晶体，基本,为面心立方晶格,性能：硬度高、强度大、脆（离子键合力较大）,(二)共价晶体,共价晶体：以共价键的电子共有形成的晶体，基本,为面心立方晶格,(三)高分子晶体（高分子聚合物）,(四)金属晶体,金属晶体：如前所述,第四节 金属的结晶,一、结晶的概念,结晶：金属由液态转变为固态，原子由不规则排,列转变有规则的排列，形成晶体的过程。,热分析法测定：将液态金属放在坩锅中缓慢冷却，,在冷却过程中记录温度随时间变,化的数据并将其绘成曲线，即得,冷却曲线。,结晶特点：金属的结晶是在恒温下进行的，此时,的温度即为金属的理论熔点。,过冷度T：是实际结晶温度T1、理论结晶温度,T,0,之差，即,T=T,0,-T,1,二、金属的结晶过程,结晶过程：,形核：温降活动能力降，局部原子形成小晶,体（晶核）,核长：晶核按自方向吸附周围原子自由长大,两者同时并行,图 纯金属结晶过程示意图,枝晶的形成：晶核各方向的长大速度不一致，棱角处以,较大的速度长成主干，主干不断生成分枝,（棱角散热好）,冰的树枝晶,三、影响生核长大的因素,形核率：在单位时间内、单位体积中所产生的,晶核数,长大速度G：单位时间内晶核长大,(一)过冷度的影响,影响:如图,2-19,图2-19 过冷度对晶粒大小的影响,(二)难溶杂质的影响,影响：难溶杂质越多、形核率越大,(三)晶粒大小及控制,(1)晶粒度的概念,晶粒度:是晶粒大小的度量,评价指标:单位体积中晶粒的数目Z,V,单位面积中晶粒的数目Z,S,晶粒的平均线长度(或直径),影响因素:形核率N、长大速度G,Z,V,=0.9(N/G)3/4,Z,S,=1.1(N/G)1/2,(2)晶粒大小的控制,1)增大过冷度,影响：过冷度越大，,N/G,愈大，晶粒愈细,措施：提高液态金属的冷却速度,提高液态金属的过冷能力,2)变质处理,变质处理:是有意地向液态金属中加入某些变质剂,以细化晶粒和改善组织，提高材料性能,的方法。,措施:孕育处理:在液态金属中加入孕育剂，直接,增加形核核心的处理,变质处理:在液态金属中加入变质剂，改善,晶核的生长条件，强烈地阻碍晶,核的长大或改善组织形态的处理.,四、金属的同素异构性,同素异构性：一种金属具有两种或两种以上的晶,体结构现象,同素异构转变：金属的晶体结构随着温度的变化,而改变的现象,铁的同素异构转变：如图,1394C 912C,Fe Fe F,体心立方 面心立方 体心立方,五、金属铸锭的组织特点,(一)表面细晶粒层,特点:过冷度大、形核率高，形成细晶粒；,无方向性、致密、力学性能好、热加工,性能好,(二)柱状晶粒层,特点:过冷度小、垂直于型壁方向散热，相部,晶粒之间的长大余地小，形成粒状；,致密、晶界有低熔点杂质,(三)中心粗大等轴晶粒层,特点:中心区温度较均匀、过冷度小、形成粗,大的等轴晶粒；,组织疏松、杂质多、力学性能差、易裂,金属铸锭的组织,1细晶区 2柱状晶区 3中心等轴晶区,(四)铸造缺陷,1.缩孔与疏松：液体金属在凝固时发生体积收缩得,不到补充而形成的空洞,2.偏析：低熔点杂质集中,于最后凝固区域，,形成的成分不平,衡的现象,令顾客愉快，他们才会做好，次次都做对。,10月-24,10月-24,Tuesday,October 1,2024,百年大计、质量第一。,06:34:14,06:34:14,06:34,10/1/2024 6:34:14 AM,追根究底，消除不良因素。,10月-24,06:34:14,06:34,Oct-24,01-Oct-24,开源节流效益增，首件检验不马虎，制程稳定无错误。,06:34:14,06:34:14,06:34,Tuesday,October 1,2024,生产区域内十四个不准。,10月-24,10月-24,06:34:14,06:34:14,October 1,2024,生产秩序乱，事故到处有。,2024年10月1日,6:34 上午,10月-24,10月-24,安全生产工作，重在求真务实。,01 十月 2024,6:34:14 上午,06:34:14,10月-24,见火不救火烧身，有章不循祸缠身。,十月 24,6:34 上午,10月-24,06:34,October 1,2024,产品的次能鉴别，问题产生能解决。,2024/10/1 6:34:14,06:34:14,01 October 2024,争取一个客户不容易，失去一个客户很简单。,6:34:14 上午,6:34 上午,06:34:14,10月-24,质量为先，信誉为重，管理为本，服务为诚。,10月-24,10月-24,06:34,06:34:14,06:34:14,Oct-24,秤砣不大压千斤，安全帽小救人命。,2024/10/1 6:34:14,Tuesday,October 1,2024,以精立业，以质取胜。,10月-24,2024/10/1 6:34:14,10月-24,谢谢大家！,