3-金属材料(金属的晶体结构)全解
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金属组织结构的基本轮廓(晶粒、晶界、亚晶、晶体结构)1. 引言1.1 概述金属组织结构是材料科学领域中的一个重要研究内容,它涉及到金属材料的微观结构和性能之间的关系。
金属材料广泛应用于制造业和其他领域,因此深入了解金属组织结构对于提高材料性能、改进加工工艺以及开发新型高性能金属具有重大意义。
1.2 文章结构本文将从晶粒、晶界、亚晶和晶体结构四个方面来介绍金属组织结构的基本轮廓。
首先,我们将探讨晶粒的定义、特征以及形成机制与生长过程;其次,我们将详细研究晶界的定义、分类以及对材料力学性能的影响;然后,我们将介绍亚晶的定义、形成机制、观测方法以及研究进展;最后,我们将深入探讨晶体结构,并分析不同类型的晶格结构对材料性质的影响。
1.3 目的本文旨在向读者介绍金属组织结构的基本概念和特征,并探讨其与材料性能之间的关系。
通过对晶粒、晶界、亚晶和晶体结构的详细讨论,读者将能够了解金属材料中微观组织的形成原理以及不同组织结构对材料性质(如强度、塑性、导电性等)的影响。
这将为材料科学工作者和工程师提供有力的指导,以优化金属材料的设计和应用。
2. 晶粒晶粒是金属材料中的基本组织单位,它由大量的原子或分子有序排列而成。
每个晶粒内的原子结构和取向相对稳定,在固态材料中晶粒大小和形状各不相同,具有一定的特征。
2.1 定义与特征晶粒是由同一种晶体结构组成的半球或多面体区域,在结构上呈现出高度有序、周期性和规则性。
它们在材料中是随机分布的,并且相邻晶粒之间以边界进行分割。
每个晶粒具有自己独特的取向和晶格结构,这使得不同的晶粒在外部场合下会表现出不同的性质。
2.2 形成机制与生长过程初始时,金属材料以液态或气态形式存在。
当冷却或凝固时,从液态转变为固态,并开始形成初生晶核。
这些初生晶核会通过吸收周围溶质进行长大并扩张,直到与其他固相结合形成完整的晶体。
这个过程叫做再结晶或冷却结晶。
2.3 晶粒大小与材料性能的关系晶粒的大小对金属材料的性能具有重要影响。
金属的晶体结构1、金属的晶体结构金属在固态下原子呈有序、有规则排列。
晶体有规则的原子排列,主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡。
晶体特点:(1)有固定熔点,(2)原子呈规则排列,宏观断口有一定形态且不光滑(3)各向异性,由于晶体在不同方向上原子排列的密度不同,所以晶体在不同方向上的性能也不一样。
三种常见的晶格及分析(1)体心立方晶格:铬,钒,钨,钼,α-Fe。
1/8*8+1=2个原子(2)面心立方晶格:铝,铜,铅,银,γ-Fe。
1/8*8+1/2*6=4个原子(3)密排六方晶格:镁,锌。
6个原子•用以描述原子在晶体中排列的空间格子叫晶格体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格2、金属的结晶结晶的概念:金属材料通常需要经过熔炼和铸造,要经历有液态变成固态的凝固过程。
金属由原子的不规则排列的液体转变为规则排列的固体过程称为结晶。
结晶过程:不断产生晶核和晶核长大的过程冷却曲线:过冷现象:实际上有较快的冷却速度。
过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度之差,过冷度。
金属结晶后晶粒大小一般来说,晶粒越细小,材料的强度和硬度越高,塑性韧性越好为了提高金属的力学性能,必须控制金属结晶后晶粒的大小。
细化晶粒的根本途径:控制形核率及长大速度。
细化晶粒的方法:(1)增大过冷度,增加晶核数量(2)加入不熔物质作为人工晶核(3)机械振动、超声波振动和电磁振动金屬晶體缺陷:金屬材料以肉眼觀察其外表似乎是完美的;實際不然,金屬晶體含有許多缺陷,這些缺陷可分類為點缺陷、線缺陷及面缺陷。
這些缺陷對金屬材料的性質有很重要的影響。
點缺陷:金屬最簡單形式的點缺陷就是空孔空孔是最簡單形式的點缺陷,原子在結晶格子位置上消失间隙原子置代原子線缺陷:線缺陷一般通稱為「差排」(dislocation) 。
差排的產生主要與金屬在機機加工時的塑性變形有關;亦即金屬塑性變形量愈大,差排也就愈多。
面缺陷金屬的缺陷有:外表面、晶粒界面(簡稱晶界)及疊差等。