2.1金属的结构（课件）-《金属材料与热处理》同步教学（航空工业出版社）

项目二 金属材料的结构与结晶 项目目标 知识目标 01. 掌握常见金属的晶体结构及实际金属中的晶体缺陷。 02. 掌握金属的结晶条件、结晶过程及晶粒细化的方法。 03. 了解同素异构转变。 04. 掌握固溶体、金属化合物及机械混合物。 06. 掌握铁碳合金相图的分析。 07. 了解金属的塑性变形与再结晶。 05. 掌握二元合金相图的建立及分析。 能力目标 能分析铁碳合金相图，并掌握其应用。 理解金属塑性变形的实质。 任务一 金属的结构 相关知识 在自然界中，固态物质根据原子（离子或分子）的聚集状态不同，可分为晶体和非晶体两大类。其中，晶体是指原子（离子或分子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物质，如金刚石、石墨、固态金属等，如图2-1（a）所示；非晶体是指原子（离子或分子）在空间无规则排列的物质，如松香、玻璃、沥青等，如图2-1（b）所示。 一、晶体与非晶体 （a）金刚石晶体 （b）松香非晶体 图2-1 晶体与非晶体 晶体一般有规则的外形、固定的熔点，且各向异性；而非晶体没有规则的外形、固定的熔点，在各个方向上原子的聚集密度大致相同，故表现出各向同性。 二、晶格与晶胞 晶体中原子（离子或分子）规则排列的方式称为晶体结构。 晶体中的原子（离子或分子）都在它的平衡位置上不停地振动着，为研究方便，通常把它们看成是一个个在平衡位置上静止不动的小刚球，于是，各种晶体结构便可用许多小刚球紧密堆垛的模型来表示，如图2-2（a）所示。 （a）刚球模型 图2-2 晶体原子排列示意图 为了便于分析金属晶体中原子排列的几何规律，用一些假想的直线将各原子中心连接起来，形成一个空间格架，如图2-2（b）所示。这种抽象的、用于描述原子排列规律的空间格架称为结晶格子，简称晶格。 （b）质点模型 图2-2 晶体原子排列示意图 由于晶体中的原子在三维空间作有规律的重复排列，因此，在研究晶体结构时，通常只从晶格中取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来进行分析。这个最小的几何单元称为晶胞，如图2-2（c）所示。 （c）晶胞 图2-2 晶体原子排列示意图 晶胞的大小和形状可用晶胞的三条棱边长a，b，c和棱边夹角α，β，γ来描述，其中， a，b，c称为晶格常数或点阵常数。 三、常见金属的晶格类型 在已知的金属元素中，除了少数金属具有复杂的晶体结构外，90%以上的金属晶体都属于以下三种晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格和密排立方晶格。常见的晶格类型及其特点如表2-1所示。 表2-1 常见的晶格类型及其特点 四、单晶体与多晶体 为了便于研究，通常把晶体理想化，理想化的晶体原子排列呈规则、周期性，原子在平衡位置静止不动，完整无缺陷，晶体内部的晶格位向完全一致，我们将这种晶体称为单晶体，如图2-3（a）所示。 （a）单晶体 图2-3 单晶体与多晶体 1．单晶体 实际应用的金属一般都是由许多晶粒组成的，称为多晶体。如图2-3（b）所示，多晶体由许多不同位向的小晶体组成，每个小晶体内部晶格位向基本一致，但各小晶体之间位向不同，我们将这种外形不规则、呈颗粒状的小晶体称为晶粒，相邻晶粒的界面称为晶界。 （b）多晶体 图2-3 单晶体与多晶体 由于多晶体中每个晶粒在空间分布的位向不同，所以，实际金属在宏观上各个方向的性能趋于相同，晶体的各向异性显示不出来。 在实际晶体中，由于许多因素（如结晶条件、原子热运动及加工条件等）的影响，某些区域的原子排列会受到干扰和破坏，呈现出不完整的情况，这种区域称为晶体缺陷。 五、晶体的缺陷 根据晶体缺陷的特征，可将其分为三类：点缺陷、线缺陷和面缺陷，如表2-2所示。 表2-2 晶体缺陷 表2-2（续） Thank You! $$