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金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,1,（一）純金屬的晶體結(jié)構(gòu),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(zhì)，它是固體 物質(zhì)中 最多的一類。,非晶體是指其組成微粒（原子或分子）呈無(wú)規(guī)則堆積在一起的物質(zhì)。,金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,2、區(qū)別 (a)是否具有周期性、對(duì)稱性 (b)是否長(zhǎng)程有序 (c)是否有確定的熔點(diǎn) (d)是否各向異性,2,二、晶體結(jié)構(gòu)的基本概念,( 1）晶格：如果把組成晶體的剛性質(zhì)點(diǎn)用假想的線條連接起來(lái)，則為一 個(gè)假想的空間格架，稱為結(jié)晶格子（簡(jiǎn)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(jié)構(gòu).,3,(2）晶胞：晶胞是指組成晶格的最小幾何單元。,晶體學(xué)參數(shù)：a,b,c,α,β,γ 晶格常數(shù)：a,b,c,(3）晶格常數(shù)：晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度稱為晶格常數(shù)。,。,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(gè)原子處于立方體的角上,一個(gè)原子處于立方體的中心, 角上八個(gè)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(shù) a=b=c, α=β=γ=90 （2）晶胞原子數(shù) 在體心立方晶胞中，每個(gè)角上的原子同時(shí)屬于8個(gè)相鄰的晶胞，每個(gè)角上的原子屬于一個(gè)晶胞僅為1/8，中心的原子完全屬于這個(gè)晶胞。所以一個(gè)體心立方晶胞所含的原子數(shù)為 2個(gè)。,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(gè)角上和六個(gè)面的中心。 面中心的原子與該面四個(gè)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(shù) a=b=c, α=β=γ=90° （2）晶胞原子數(shù) (個(gè)),,,8,,★ 密排六方晶格(胞) (H.C.P.晶格),,十二個(gè)原子分布在六方體的十二個(gè)角上, 在上下底面的中心各分布一個(gè)原子, 上下底面之間均勻分布三個(gè)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(shù) 晶胞是一個(gè)正六棱柱體。用底面正六邊形的邊長(zhǎng)a和兩底面之間的距離c來(lái)表達(dá), 兩相鄰側(cè)面之間的夾角為120°, 側(cè)面與底面之間的夾角為90°。 （2）晶胞原子數(shù),,,,軸比：c/a,11,（二）金屬的結(jié)晶,結(jié)晶與凝固的區(qū)別 凝固：L→S S可以是非晶 結(jié)晶：一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或晶態(tài)）過(guò)渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)變過(guò)程 一次結(jié)晶：L→S晶態(tài) 二次結(jié)晶：S→S晶態(tài),12,一、純金屬的結(jié)晶,1.純金屬的冷卻曲線和過(guò)冷現(xiàn)象,1）冷卻曲線,金屬結(jié)晶時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線 稱冷卻曲線。曲線上水平階段所對(duì) 應(yīng)的溫度稱實(shí)際結(jié)晶溫度T1。 曲線上水平階段是由于結(jié)晶時(shí)放出 結(jié)晶潛熱引起的。,2）過(guò)冷度(如圖）,液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下開始結(jié)晶的現(xiàn)象稱過(guò) 冷。理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差?T稱過(guò)冷 度。?T= T0 –T1 過(guò)冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大， 過(guò)冷度越大。,13,14,2.純金屬結(jié)晶的基本過(guò)程,純金屬的結(jié)晶是依靠?jī)蓚€(gè)密切聯(lián)系的基本過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的：,第一，先在 液體內(nèi)部生成一批極小的晶體作為結(jié)晶核心或晶核。,結(jié)晶由晶核的形成和晶核的長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程組成。 液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則的小原子團(tuán)，它們時(shí)聚時(shí)散，稱為晶坯。在T0以下，經(jīng)一段時(shí)間后（即孕育期），一些大尺寸的晶坯將會(huì)長(zhǎng)大，稱為晶核。 晶核形成后便向各方向生長(zhǎng)，同時(shí)，又有新的晶核產(chǎn)生。晶核不斷形成，不斷長(zhǎng)大，直到液體完全消失。每個(gè)晶核最終長(zhǎng)成一個(gè)晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。,第二，這些晶核 逐漸長(zhǎng)大，發(fā)展到整個(gè)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(chǎn)上采用晶粒度等級(jí)來(lái)表示晶粒大小。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分八級(jí)，一級(jí)最粗，八級(jí)最細(xì)。通過(guò)100倍顯微鏡下的晶粒大小與標(biāo)準(zhǔn)圖對(duì)照來(lái)評(píng)級(jí)。,晶粒度,,二、晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響,16,（三） 晶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,圖2-16 純鐵的冷卻曲線,什么叫同素異構(gòu)？,大多金屬只有一種晶體結(jié)構(gòu)，但某些金屬在不同溫度和壓力下呈不同類型的晶體結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為同素異構(gòu),17,