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金屬的晶體結構與結晶,1,（一）純金屬的晶體結構,一、晶體與非晶體,1、 晶體是指其組成微粒（原子或分子）呈規(guī)則排列的物質，它是固體 物質中 最多的一類。,非晶體是指其組成微粒（原子或分子）呈無規(guī)則堆積在一起的物質。,金屬的晶體結構與結晶,2、區(qū)別 (a)是否具有周期性、對稱性 (b)是否長程有序 (c)是否有確定的熔點 (d)是否各向異性,2,二、晶體結構的基本概念,( 1）晶格：如果把組成晶體的剛性質點用假想的線條連接起來，則為一 個假想的空間格架，稱為結晶格子（簡稱晶格）。,晶體中原子(離子或分子)規(guī)則排列的方式稱為晶體結構.,3,(2）晶胞：晶胞是指組成晶格的最小幾何單元。,晶體學參數：a,b,c,α,β,γ 晶格常數：a,b,c,(3）晶格常數：晶胞中各棱邊的長度稱為晶格常數。,。,4,★體心立方晶格(胞) (B.C.C.晶格),Body Centered Cubic,體心立方晶格的晶胞中,八個原子處于立方體的角上,一個原子處于立方體的中心, 角上八個原子與中心原子緊靠。,三、常見的金屬晶格類型,5,體心立方晶胞特征： （1）晶格常數 a=b=c, α=β=γ=90 （2）晶胞原子數 在體心立方晶胞中，每個角上的原子同時屬于8個相鄰的晶胞，每個角上的原子屬于一個晶胞僅為1/8，中心的原子完全屬于這個晶胞。所以一個體心立方晶胞所含的原子數為 2個。,具有體心立方晶格的金屬有鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、α-鐵(α-Fe, 912 ℃)等。,6,★ 面心立方晶格(胞) (F.C.C.晶格),,原子分布在立方體的八個角上和六個面的中心。 面中心的原子與該面四個角上的原子緊靠。 具有這種晶格的金屬有鋁(Al)、 銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、 銀(Ag)、γ- 鐵( γ-Fe, 912 ℃～1394 ℃)等。,Face Centered Cubic,7,面心立方晶胞的特征： （1）晶格常數 a=b=c, α=β=γ=90° （2）晶胞原子數 (個),,,8,,★ 密排六方晶格(胞) (H.C.P.晶格),,十二個原子分布在六方體的十二個角上, 在上下底面的中心各分布一個原子, 上下底面之間均勻分布三個原子。 具有這種晶格的金屬有鎂(Mg)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鈹(Be)等。,Close packed hexagonal,9,10,密排六方晶胞的特征： （1）晶格常數 晶胞是一個正六棱柱體。用底面正六邊形的邊長a和兩底面之間的距離c來表達, 兩相鄰側面之間的夾角為120°, 側面與底面之間的夾角為90°。 （2）晶胞原子數,,,,軸比：c/a,11,（二）金屬的結晶,結晶與凝固的區(qū)別 凝固：L→S S可以是非晶 結晶：一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或晶態(tài)）過渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉變過程 一次結晶：L→S晶態(tài) 二次結晶：S→S晶態(tài),12,一、純金屬的結晶,1.純金屬的冷卻曲線和過冷現象,1）冷卻曲線,金屬結晶時溫度與時間的關系曲線 稱冷卻曲線。曲線上水平階段所對 應的溫度稱實際結晶溫度T1。 曲線上水平階段是由于結晶時放出 結晶潛熱引起的。,2）過冷度(如圖）,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?T稱過冷 度。?T= T0 –T1 過冷度大小與冷卻速度有關，冷速越大， 過冷度越大。,13,14,2.純金屬結晶的基本過程,純金屬的結晶是依靠兩個密切聯系的基本過程來實現的：,第一，先在 液體內部生成一批極小的晶體作為結晶核心或晶核。,結晶由晶核的形成和晶核的長大兩個基本過程組成。 液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則的小原子團，它們時聚時散，稱為晶坯。在T0以下，經一段時間后（即孕育期），一些大尺寸的晶坯將會長大，稱為晶核。 晶核形成后便向各方向生長，同時，又有新的晶核產生。晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失。每個晶核最終長成一個晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。,第二，這些晶核 逐漸長大，發(fā)展到整個液體。,15,表示晶粒大小的尺度叫晶 粒度。晶粒度可用晶粒的 平均面積或平均直徑表示。 工業(yè)生產上采用晶粒度等級來表示晶粒大小。標準晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細。通過100倍顯微鏡下的晶粒大小與標準圖對照來評級。,晶粒度,,二、晶粒大小對金屬力學性能的影響,16,（三） 晶體的同素異構轉變,圖2-16 純鐵的冷卻曲線,什么叫同素異構？,大多金屬只有一種晶體結構，但某些金屬在不同溫度和壓力下呈不同類型的晶體結構，這種現象稱為同素異構,17,