工程材料 金屬的結構與結晶

時間：2022-10-20作者：山東嘉銘工程材料有限公司瀏覽：152

晶體中原子（分子或離子）在空間的規(guī)則排列的方式為晶體結構。為便于描述晶體結構，把每個原子抽象成一個點，把這些點用假想直線連接起來，構成空間格架，稱為晶格。

晶格中每個點稱為結點，由一系列原子所組成的平面成為晶面。

由任意兩個原子之間連線所指的方向稱為晶向。

組成晶格的較小幾何組成單元稱為晶胞。

晶胞的棱邊長度、棱邊夾角稱為晶格常數。

①體心立方晶格

晶格常數用邊長a表示，原子半徑為√3a/4，每個晶胞包含的原子數為1/8×8+1=2（個）。

屬于體心立方晶格的金屬有 鐵、鉬、鉻等。

②面心立方晶格

原子半徑為√2a/4，每個面心立方晶胞中包含原子數為1/8×8+1/2×6=4（個）

典型金屬（金、銀、鋁、銅等）。

③密排六方晶格

每個面心立方晶胞中包含原子數為為12×1/6+2*1/2+3=6（個）。

典型金屬 鋅 等。

2、各向異性：晶體中不同晶向上的原子排列緊密程度及不同晶面間距是不同的，所以不同方向上原子結合力也不同，晶體在不同方向上的物理、化學、力學間的性能也有一定的差異，此特性稱為各向異性。




晶體中的缺陷

1）點缺陷包括 空位、間隙原子、置換原子。

點缺陷的形成主要是由于原子在以各自的平衡位置為中心不停的作熱振動的結果。

2)線缺陷：在三維空間中兩維方向尺寸較小，另一維方向的尺寸相對較大的缺陷。

位錯是晶格中的某處有一列或若干列原子發(fā)生了某些有規(guī)律的錯排現象。

位錯的基本形式：刃型位錯、螺型位錯。

提高位錯密度是金屬強化對重要途徑之一。

1） 面缺陷：尺寸在一維很小，另兩維較大的缺陷。

常見的是：晶界和亞晶界

1.2 凝固

1） 晶體的結晶

自由能的減少量等于在變化過程中所研究的物質可對外界做功的能量。

一個變化的自由能減少，則自發(fā)；自由能增加，則非自發(fā)。

結晶的溫度條件：在該溫度下固態(tài)自由能<液態(tài)自由能

過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度之差。過冷度越大，液固之間能量狀態(tài)差越大，促使液體結晶的驅動力越大。驅動力達到一定值時，結晶才能進行。

冷卻速度越快，過冷度越大。

2） 非晶體的結晶

非晶體是一種長程無序，短程有序的混合結構；性質上表現為各向同性。

非晶體的凝固是在一個溫度范圍內逐漸完成的。

1.2.2金屬的結晶

1、液態(tài)金屬在理論結晶溫度以下開始結晶的現象稱過冷。理論結晶溫度與實際結晶溫度的差DT稱過冷度， T= T0 –T1

2、金屬的結晶過程

金屬是由許多外形不規(guī)則，位向不同，大小不同的晶粒組成的多晶體。

金屬結晶過程中，晶核形成有兩種形式：均勻形核和非均勻形核。

由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核稱均勻形核。

以液體中存在的固態(tài)雜質為**形核稱非均勻形核。

3、影響形核和長大的因素及晶粒大小控制

影響形核和長大的重要因素：冷卻速度（或過冷度）和難熔雜質。

過冷度較小時，形核率變化**長大速度，晶核長大速度快，得粗晶粒。

過冷度較大時，形核率的增長快些，得細晶粒。

改變過冷度可控制結晶后晶粒的大小，過冷度可通過冷卻速度來控制。

冷卻速度越快，過冷度越大，晶粒越細，金屬的性能越好（強度、塑性、韌性）。

4、細化晶粒是提高金屬材料性能的重要途徑之一。（細晶強化）

（1） 增大過冷度

1、金屬型代替砂型2、增大金屬型厚度3、降低金屬型預熱溫度4、提高液態(tài)金屬的冷卻




能力。

（2） 變質處理，在金屬澆注前添加變質劑來改變晶粒的形狀或大小的處理方法。

作用：1.增大形核率；2.降低長大速率。

附加振動法（機械振動、超聲波振動、電磁振動等）。

5、金屬塑性變形后的加熱

三個階段: 回復----再結晶-----晶粒長大

（1）、回復:

1.溫度:回=(0.25~0.3)熔

2.注:要消除殘余內應力,可采用回復處理,進行一次250~300攝氏度的低溫回火

（2）、再結晶:

1.再結晶:固態(tài)下,晶粒外形變化,但晶格類型不變

2.影響:冷變形強化現象消失,殘余內應力完全消失

3.溫度:T再=0.4T熔

4.冷加工-----在T再以下的加工過程

熱加工-----在T再以上的加工過程


山東嘉銘工程材料有限公司專注于工程材料等

• 詞條

  詞條說明

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