第2章-金属结晶的基本规律(3)教学内容
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第二章纯金属的结晶一、名词:结晶:金属由液态转变为固态晶体的转变过程.结晶潜热:金属结晶时从液相转变为固相放出的热量。
孕育期:当液态金属过冷至理论结晶温度以下的实际结晶温度时,晶核并末立即出生,而是经过了一定时间后才开始出现第一批晶核。
结晶开始前的这段停留时间称为孕育期。
近程有序:液态金属中微小范围内存在的紧密接触规则排列的原子集团。
远程有序:固态晶体中存在的大范围内的原子有序排列集团。
结构起伏(相起伏):液态金属中不断变化着的近程有序原子集团。
晶胚:过冷液体中存在的有可能在结晶时转变为晶核的尺寸较大的相起伏。
形核率:单位时间单位体积液体中形成的晶核数目。
过冷度:金属的实际结晶温度与理论结晶温度之差。
均匀形核:液相中各个区域出现新相晶核的几率都相同的形核方式。
非均匀形核:新相优先出现于液相中的某些区域的形核方式。
变质处理:在浇注前向液态金属中加入形核剂以促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒的液态金属处理方法。
能量起伏:液态金属中各微观区的能量此起彼伏、变化不定偏离平衡能量的现象。
正温度梯度:液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状况。
负温度梯度:液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状况细晶强化:用细化晶粒来提高材料强度的方法。
晶粒度:晶粒的大小。
缩孔:液态金属凝固,体积收缩,不再能填满原来铸型,如没有液态金属继续补充而出现的收缩孔洞。
二、简答:1. 热分析曲线表征了结晶过程的哪两个重要宏观特征?答:过冷现象、结晶潜热释放现象2. 影响过冷度的因素有那些?如何影响的?答:金属的本性、纯度和冷却速度。
金属不同,过冷度的大小也不同;金属的纯度越高,则过冷度越大;冷却速度越大,则过冷度越大。
3. 决定晶体长大方式和长大速度的主要因素?1)界面结构;2)界面附近的温度分布;4. 晶体长大机制有哪几种?1)二维晶核长大机制;2)螺型位错长大机制;3)垂直长大机制5、结晶过程的普遍规律是什么?答:结晶是形核和晶核长大的过程6、均匀形核的条件是什么?答:①要有结构起伏与能量起伏;②液态金属要过冷,且过冷度必须大于临界过冷度;③结晶必须在一定温度下进行。
第二章 金属与合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构自然界的固态物质,根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。
晶体与非晶体的区别表现在许多方面。
晶体物质的基本质点(原子等)在空间排列是有一定规律的,故有规则的外形,有固定的熔点。
此外,晶体物质在不同方向上具有不同的性质,表现出各向异性的特征。
在一般情况下的固态金属就是晶体。
一、晶体结构的基础知识(1)晶格与晶胞为了形象描述晶体内部原子排列的规律,将原子抽象为几何点,并用一些假想连线将几何点连接起来,这样构成的空间格子称为晶格(图2-1)晶体中原子排列具有周期性变化的特点,通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞(图2-1),它具有很高对称性。
(2)晶胞表示方法不同元素结构不同,晶胞的大小和形状也有差异。
结晶学中规定,晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示,称为晶格常数。
晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。
当棱边a b c ==,棱边夹角90αβγ===︒时,这种晶胞称为简单立方晶胞。
(3)致密度金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数,它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
二、三种典型的金属晶格1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。
它的晶胞是一个立方体,立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子,其单位晶胞原子数为2个,其致密度为0.68。
属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。
2、面心立方晶格晶胞示意图见图2-2b。
它的晶胞也是一个立方体,立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子,其单位晶胞原子数为4个,其致密度为0.74(原子排列较紧密)。
属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ-Fe等。
3、密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体,原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心,另外三个原子排列在柱体内,晶胞示意图见图2-2c。
其单位晶胞原子数为6个,致密度也是0.74。
属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。