安徽工程科技学院：《材料成型技术》课程电子教案（PPT教学课件）第一章 机械工程材料概论（1.2）金属的晶体结构与结晶

1.2金属的晶体结构与结晶 按原子排列的特征,可将固 体金属物质分为晶体和非晶体 两大类。 晶体 晶体:物质内部的原子是按一定 固体 的次序有规律排列的。如金刚 物质 石、石墨等,固态金属一般属 于晶体。 非晶体 非晶体:非晶体内部的原子则是 无规则排列的,如玻璃、松香 和沥青等

１.２金属的晶体结构与结晶 按原子排列的特征，可将固 体金属物质分为晶体和非晶体 两大类。 晶体： 物质内部的原子是按一定 的次序有规律排列的。如金刚 石、石墨等，固态金属一般属 于晶体。 非晶体：非晶体内部的原子则是 无规则排列的，如玻璃、松香 和沥青等。 非晶体 晶体 固体 物质

1.2.1金属的晶体结构 晶格:为了便于理解和描述晶体中原子排列的规律, 可以近似地将晶体中每一个原子看成是一个点,并 将各点用假想的线连接起来,就得到一个空间骨架, 简称晶格,如图1-4b)所示。 晶胞:即晶格中最小的几何单元。 a)晶体结构 b)晶格 晶胞 图1-4晶体结构示意图

1.2.1 金属的晶体结构 ▪ 晶格：为了便于理解和描述晶体中原子排列的规律， 可以近似地将晶体中每一个原子看成是一个点，并 将各点用假想的线连接起来，就得到一个空间骨架， 简称晶格，如图1-4b)所示。 ▪ 晶胞：即晶格中最小的几何单元。 图１－4 晶体结构示意图 晶体结构 晶格 晶胞

常见的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方 晶格和密排六方晶格等三种类型。 1.体心立方晶格 体心立方的晶格是一个立方体,其中心和八个角上各有 个原子,如图1-5所示。属于这类晶格的金属有a-Fe、Cr、W V等。它们都具有较好的塑性和较大的强度。 图1-5体心立方球体模型及其晶格

常见的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方 晶格和密排六方晶格等三种类型。 １.体心立方晶格 体心立方的晶格是一个立方体，其中心和八个角上各有一 个原子，如图1－5所示。 属于这类晶格的金属有α-Fe、Cr、W、 V等。它们都具有较好的塑性和较大的强度。 图１－5 体心立方球体模型及其晶格

2面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞 也是一个立方体,其六个 面中心和八个角上各有 个原子,如图1-5所示 属于这类晶格的金属有 y-Fe、Cu、A1、N等。 它们都具有较好的塑性。 面心立方球体模型及其晶胞

2.面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞 也是一个立方体，其六个 面中心和八个角上各有一 个原子，如图 1 － 5所示。 属于这类晶格的金属有 γ-Fe 、Cu、Al、Ni等。 它们都具有较好的塑性。 图1 －6 面心立方球体模型及其晶胞

3.密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是 个六方柱体,其上下底面 的中心和十二个角上各有 个原子,且在六方柱体的中 间还有三个原子,如图1-7 所示。属于这类晶格的金属 有Mg、Zn、cd、Be等。 图→密排六方球体模型及其晶胞 这类金属塑性较差

３ .密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是 一个六方柱体，其上下底面 的中心和十二个角上各有一 个原子，且在六方柱体的中 间还有三个原子，如图 1 － 7 所示。属于这类晶格的金属 有Ｍg 、Ｚn 、Ｃd 、Ｂe等。 这类金属塑性较差。 图1 －7 密排六方球体模型及其晶胞

1.2.2金属的结晶过程 1.金属的结晶 即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成 晶体的过程。 纯金属的结晶过程可通过热分析实验法得到的温 度与时间的关系曲线,即冷却曲线来表示,如图1-8 所示

1.2.2 金属的结晶过程 １.金属的结晶 ▪ 即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成 晶体的过程。 纯金属的结晶过程可通过热分析实验法得到的温 度与时间的关系曲线，即冷却曲线来表示，如图1-8 所示

温度 △T T—理论结晶温度 时间 nTn实际结晶温度 △T—过冷度 图1-8纯金属的冷却曲线

图1-8 纯金属的冷却曲线 ▪ T0 ——理论结晶温度 ▪ Tn——实际结晶温度 ▪ ΔT——过冷度 ΔT 温度 T0 Tn 时间

2过冷 过冷:即熔融金属冷却到平衡的凝固点以下 而没有发生凝固的现象。 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差值 称为过冷度。即: △T=To-T 式中△T一过冷度(℃) T——金属的理论结晶温度(℃); n金属的实际结晶温度(℃) 金属的过冷度不是恒定值,它与冷却速度有关。 冷却速度越快过冷度也越大

2.过冷 ▪ 过 冷：即熔融金属冷却到平衡的凝固点以下 而没有发生凝固的现象。 ▪ 过冷度: 理论结晶温度与实际结晶温度的差值 称为过冷度。 即： ΔT=T0 -Tn 式中 ΔT——过冷度（℃）； T0 ——金属的理论结晶温度（℃）； Tn ——金属的实际结晶温度（℃）。 金属的过冷度不是恒定值，它与冷却速度有关。 冷却速度越快过冷度也越大

3.金属的结晶过程 动画演示 金属的结晶过程包括形核和晶核长大两个阶段, 并持续到液相全部转变成固相为止。 金属的结晶过程动画 演示了金属从形核、晶体长大直至结晶 完毕整个过程

3.金属的结晶过程 动画演示 金属的结晶过程包括形核和晶核长大两个阶段， 并持续到液相全部转变成固相为止。 金属的结晶过程动画 演示了金属从形核、晶体长大直至结晶 完毕整个过程

(1)形核 形核:又称成核,是过冷金属液中生成晶核的过 程,是结晶的初始阶段。形核包括均质形核和非 均质形核两种方式。 1)均质形核:又称自发形核,是熔融金属内 仅因过冷而产生晶核的过程。在一定过冷 形核 度下,金属液中的一些原子自发聚集在 起,按晶体的固有规律排列起来形成晶核。 2)非均质形核:又称非自发形核,是以熔融 金属内原有的或加入的异质点作为晶核或 晶核衬底的形核过程

(1)形核 ▪ 形核：又称成核，是过冷金属液中生成晶核的过 程，是结晶的初始阶段。形核包括均质形核和非 均质形核两种方式。 1）均质形核：又称自发形核，是熔融金属内 仅因过冷而产生晶核的过程。在一定过冷 度下，金属液中的一些原子自发聚集在一 起，按晶体的固有规律排列起来形成晶核。 2）非均质形核：又称非自发形核，是以熔融 金属内原有的或加入的异质点作为晶核或 晶核衬底的形核过程。 形 核