整理第五节金属材料的晶体结构.docx

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整理第五节金属材料的晶体结构

第五节金属材料的晶体结构

一、晶体与非晶体

a）晶体是指组成原子呈规则排列。

晶体：

金刚石、NaCl、冰等

b）非晶体是指组成原子无规则的堆积在一起。

非晶体：

蜂蜡、玻璃等。

二、金属的晶体结构

•1、晶格

用一些假想的直线将各质点中心连接起来，形成一个空间格子，称为晶格

•2、晶胞

从晶格中选取一个能反映晶粒排列特点的最小几何单元称为晶胞

•3、晶面

•4、晶向

•5、晶格常数

三、常见的金属晶格的类型

•1、体心立方晶格

α-Fe、Cr铬W钨、V钼、Mo钒等

等

晶胞原子数2

2、面心立方晶格

γ-Fe、Cu铜、Ni镍、Al铝、Au金、Ag银等

晶胞原子数4

3、密排六方晶格

C（石墨）、Mg镁、Zn锌等

原子个数：

6

三、金属的实际晶体结构

•1、单晶体

晶体内部的原子排列方向完全一致

单晶体的各向异性

•2、多晶体

•

晶粒（单晶体）

各小晶格的排列方向不尽相同;

3、晶粒;

多晶体材料内部以晶界分开、晶体排列方向相同，称为晶粒;

4、晶界

两晶粒之间的交界称为晶界

5、晶格缺陷：

实际金属晶体结构与理想结构的偏离

●点缺陷：

；空位、间隙原子、异类原子

●线：

位错

●面：

晶界与亚晶界

面缺陷引起晶格畸变，

晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。

第六节纯金属的结晶过程

凝固与结晶

结晶：

液体-->晶体

凝固：

液体-->固体（晶体或非晶体）

1、纯金属的结晶条件与结晶过程

过冷度：

∆T=T0-Tn

冷却速度越大，则过冷度越大。

2.　纯金属的结晶过程

形核和晶核长大的过程

液态金属——形核——晶核长大——完全结晶

形核规律

1）两种形核方式——均质形核与非均质形核

均质形核

由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心

非均质形核——是依附于外来杂质上生成的晶核。

2）晶核长大规律

两种长大方式——平面生长与树枝状生长。

3）晶粒大小及控制

细化晶粒的方法：

（1）增大过冷度

提高冷却速度和降低浇注温度

（2）变质处理：

浇铸前加少量固体金属起晶核的作用。

（3）附加振动；用振动使晶核细化

第七节金属材料的同素异构转变

不同的温度（或压力）下，具有不同的晶体结构

图1-30　纯铁的冷却曲线和同素异构转变

第八节合金的晶体结构与结构过程

一、基本概念

1.组元

组成合金的元素，

•2.合金系

由不同组元按一定比例配制的一系列不同成分的合金

•3.相

具有相同物理性能和化学性能，并与该系其余部分以界面分开的物质，称为相

•4.组织

金属或合金内部涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状及排列状况等组织关系的构造情况

二、合金的晶体结构

1.固溶体

合金在固态下一种组元的晶格溶解另一种组元的原子而形成的晶体相

1）置换固溶体

2）间隙固溶体

固溶强化：

不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。

这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。

2.金属化合物

合金中各组元间原子按一定整数比结合而形成的晶体相

钢中渗碳体（Fe3C）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的晶格形式。

金属化合物的性能不同于任一组元，其溶点一般较高、硬而脆。

当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。

金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。

3.机械混合物

由两相或两相以上组成的多相组织

（3）建设项目对环境可能造成影响的分析、预测和评估。

三、合金的结晶过程——通过凝固形成晶体结构

•1、共晶反应

1.法律固定的合金溶液中同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相组织

•2、共析反应

自某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相的转变

（1）环境的使用价值。

环境的使用价值（UV）又称有用性价值，是指环境资源被生产者或消费者使用时，满足人们某种需要或偏好所表现出的价值，又分为直接使用价值、间接使用价值和选择价值。

1、合金结晶后一般有三种情况：

第一种情况是形成单相固溶体；第二种情况是形成单相金属化合物或同时结晶出两相机械混合物（如共晶体）；第三种情况是结晶开始时形成单相固溶体，剩余液体又同时结晶出两相机械混合物（如共晶体）。

4.环境影响评价工作等级的调整

合金的结晶冷却曲线

Ⅰ—形成单相固溶体　Ⅱ—形成单相金属化合物

或析出共晶体　Ⅲ—形成机械混合物

（1）可能造成重大环境影响的建设项目，编制环境影响报告书，对产生的环境影响应进行全面评价；合金的结晶冷却曲线

合金的结晶过程比纯金属复杂得多，但其结晶过程仍可用结晶冷却曲线来描述。

一般合金的结晶冷却曲线有以下三种形式。

1.形成单相固溶体的结晶冷却曲线

2.形成单相金属化合物或析出共晶体的结晶冷却曲线

3.形成机械混合物的冷却曲线

5.定性、定量评价

第九节金属材料的铸锭组织特征

3）迁移。

1、表层细晶区

1）直接使用价值。

直接使用价值（DUV）是由环境资源对目前的生产或消费的直接贡献来决定的。

当金属液浇入锭模后，表层金属受到模壁的急冷作用，形成大量晶核，再加上模壁及杂质的异质形核，形成了表层的细晶区。

2、柱状晶区

当表层细晶区形成后，模壁温度升高，金属液冷却变慢。

由于细晶区结晶潜热的释放，使细晶区前沿液体过冷度变小，形核率降低，细晶区与液体接触的晶粒中，只有那些一次晶轴与模壁垂直的晶粒，与散热方向一致，生长有利而长成柱状晶。

1.环境影响评价依据的环境标准体系3、中心等轴晶区

[例题-2005年真题]《中华人民共和国环境影响评价法》规定，建设项目可能造成轻度环境影响的，应当编制（　）。

结晶到最后，散热变慢，剩余液体温度已比较均匀，几乎同时进入过冷状态而形成中心等轴晶区。