第二章工程材料的组织结构2.1纯金属的晶体结构与结晶2. L 1金属的晶体结构定熔点,各向异性如:金刚石.石墨等如:松香.沥青等非晶体定熔点,各向同性非晶体:晶体金刚石、NaCl ＞冰等。
蜂蜡、玻璃等。
1晶体结构的基本概念•晶体结构(T 原子中心位置晶胞▲ z2常见的金属晶体结构(1)体心立方晶格bcc(2 )面心立方晶格fee(3 )密排“弋方晶格hep(1)体心立方晶格bcca-Fe. W. V. Mo 等▲=Va /Vc,其中Vc:晶胞体积a 3Va:原子总体积2x47^3/3晶格常数：a=b=c;a=P=丫=90。
致密度：0.6Z体心立方晶胞(2 )面心立方晶格fee晶格常数：a=b=c;a=p=丫=90。
致密度:0.74(3 )密排六方晶格hep 晶格常数：底面边长a底面间距c侧面间角120。
侧面与底面夹角90。
致密度：0.74 Mg. Zn 等2.1.2实际金属的晶体结构1多晶体结构多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
晶粒(1)点缺陷间隙原子如果间隙原子是其它元素就称为异类原子(杂质原子)刃位错• • ••• ••• • • •• T^i亚晶界亚晶界亚晶界是由一系列刃型位错构成的角度特别小的晶界＜原子排列不规则,产生晶格畸变2.1.1纯金属的结晶结晶：液体—> 晶体凝固：液体->体（晶体或非晶体）金属结晶的基本规律2(1)冷却曲线与过冷度3冷却曲线：热分析实验测绘4理论结晶温度T5过冷度T冷却曲线TToTn 就县应老侖一宝的过冷廈（克服界面能）AT= To - Tn理论结晶温度0开始结晶温度冷却速度越大，则过冷度越大。
时可一‘液态金属不同冷却遠度时的冷却曲线(2 )结晶的一般过程形核和晶核长大的过程液态金属形核完全结晶晶核长大夕自发晶核：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。
mE自发晶核:是依附于外来杂质上生成的晶核。
自发晶核和非自发晶核同时存在于金属液中,非自发晶核比自发晶核更重要,起优先和主导作树枝状生长平面生长2金属结晶后的晶粒大小(1 )晶粒大小对金属力学性能的影响(2 )晶粒大小的控制形核率N :单位时间内在单位体积中产生的晶核数；长大率G :单位时间内晶核长大的线速度。
机械工程材料习题答案第二章作业2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点?－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构? 答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方:－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方:Mg、Zn2———7为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同,因而表现出各向异性;而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
第三章作业3－2 如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小;⑴金属模浇注与砂模浇注;⑵高温浇注与低温浇注;⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分.答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释.答:晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高,而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。
原因是：（1）强度高:Hall-Petch公式。
晶界越多,越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散,减少应力集中。
(3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠(或轴）时,常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7～15天，然后再精加工.试解释这样做的目的及其原因?答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工(钨熔点是3410℃,锡熔点是232℃)?答:W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR（W) =（0.4～0。
第二章晶体结构【例2-1】计算MgO和GaAs晶体中离子键成分的多少。
【解】查元素电负性数据得，，，，则MgO离子键％＝GaAs离子键％＝由此可见，MgO晶体的化学键以离子键为主，而GaAs则是典型的共价键晶体。
【提示】除了以离子键、共价键结合为主的混合键晶体外，还有以共价键、分子间键结合为主的混合键晶体。
且两种类型的键独立地存在。
如，大多数气体分子以共价键结合，在低温下形成的晶体则依靠分子间键结合在一起。
石墨的层状单元内共价结合，层间则类似于分子间键。
正是由于结合键的性质不同，才形成了材料结构和性质等方面的差异。
从而也满足了工程方面的不同需要。
【例2-2】NaCl和MgO晶体同属于NaCl型结构，但MgO的熔点为2800℃, NaC1仅为80l℃，请通过晶格能计算说明这种差别的原因。
【解】根据：晶格能（1）NaCl晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝1，e＝1.6×10－19 库仑，，r0＝＝＝0.110＋0.172＝0.282nm＝2.82×10－10 m，m/F，计算，得：E L＝752.48 kJ/mol（2）MgO晶体：N0＝6.023×1023个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝2，e＝1.6×10－19库仑，r0＝＝0.080＋0.132＝0.212 nm＝2.12×10－10 m，m/F，计算，得：E L＝3922.06 kJ/mol则：MgO晶体的晶格能远大于NaC1晶体的晶格能，即相应MgO的熔点也远高于NaC1的熔点。
【例2-3】根据最紧密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，但是金刚石的空间利用率很低，只有34.01%，为什么它也很稳定？【解】最紧密堆积的原理只适用于离子晶体，而金刚石为原子晶体，由于C-C共价键很强，且晶体是在高温和极大的静压力下结晶形成，因而熔点高，硬度达，很稳定。
