晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶剖析PPT教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶剖析晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶剖析一、 金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1-1 金屬金屬？金屬？最外層電子很少，一般為最外層電子很少，一般為1-2個(gè)，最多個(gè)，最多3個(gè)個(gè)具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。原子核：帶正電原子核：帶正電質(zhì)子：正電荷質(zhì)子：正電荷中子：電中性中子：電中性核外電子：帶負(fù)電核外電子：帶負(fù)電原子原子金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 失去電子形成正離子（正電性元素失去電子形成正離子（正電性元素）第1頁(yè)/共66頁(yè)11 質(zhì)子12 中子K 層 (n = 1)L 層 (n = 2)M 層 (n = 3)1s22s22p63s1Na第2頁(yè)/共66頁(yè)非金屬元素的原子

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非金屬元素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 最外層最外層4-7個(gè)元素個(gè)元素 得到電子形成負(fù)離子（負(fù)電性元素）得到電子形成負(fù)離子（負(fù)電性元素）過渡族金屬元素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：過渡族金屬元素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：最外層電子很少，一般為最外層電子很少，一般為1-2個(gè)，最多個(gè)，最多3個(gè)個(gè)金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 失去電子形成正離子（正電性元素失去電子形成正離子（正電性元素）最外層電子數(shù)很少一般為最外層電子數(shù)很少一般為1-2個(gè)，最多個(gè)，最多3個(gè)個(gè)（同于金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）（同于金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）；（Ti、V、Fe、Mn、Co等）等）次外層未填滿、最外層先填充電子次外層未填滿、最外層先填充電子第3頁(yè)/共66

3、頁(yè)金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成的鍵合方式金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成的鍵合方式公有化的自由電子與正離子之間的結(jié)合方式公有化的自由電子與正離子之間的結(jié)合方式離子鍵：離子鍵：共價(jià)鍵：共價(jià)鍵：一失一得，靜電作用一失一得，靜電作用相鄰原子共用它們的外部?jī)r(jià)相鄰原子共用它們的外部?jī)r(jià)電子，形成穩(wěn)定的滿殼層電子，形成穩(wěn)定的滿殼層（金剛石）（金剛石）（氯化鈉）（氯化鈉）第4頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)1.2 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)(crystallography)理想晶體理想晶體 1晶體與非晶體晶體與非晶體 晶體-材

4、料的原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則， 周期性排列(金屬在固態(tài)下是晶體金屬在固態(tài)下是晶體)。非晶體材料的原子（離子、分子）無規(guī)則、雜亂的 堆積在一起。(a)、是否具有周期性、對(duì)稱性(b)、是否長(zhǎng)程有序(c)、是否有確定的熔點(diǎn)(d)、是否各向異性區(qū)區(qū) 別別 第5頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè) 空 間 規(guī) 則 排 列 的 原 子原 子 剛 球剛 球 模 型 晶 格晶 格(crystal lattice)（空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣）晶胞晶胞( unit cell )（具有周期性最小組成單元，或能完全反映晶格特征的最小幾何單

5、元最小幾何單元)。2理想理想晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)第6頁(yè)/共66頁(yè)3晶胞的描述晶胞的描述 晶體學(xué)參數(shù)：a , b , c ； , , 晶格常數(shù)( lattice constant ) ：a , b , ccXZYOba第7頁(yè)/共66頁(yè)第8頁(yè)/共66頁(yè)布拉菲空間點(diǎn)陣晶胞（布拉菲空間點(diǎn)陣晶胞（14種種）結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)第9頁(yè)/共66頁(yè)第10頁(yè)/共66頁(yè)第11頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)4三種典型的金屬晶體晶胞三種典型的金屬晶體晶胞(圖

6、圖) 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有：堿金屬、難溶金屬（屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有：堿金屬、難溶金屬（V V、NbNb、TaTa、CrCr、MoMo、W W）、）、a-Fea-Fe等等 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有：Al、貴重金屬、-Fe、Ni、Pb、Pd、Pt以及奧氏體不銹鋼等。 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有： Mg、Zn、 a-Be、a-Ti、a-Zr、a-Hf、a-Co等。體心立方晶胞體心立方晶胞bcc面心立方晶胞面心立方晶胞fcc密排六方晶胞密排六方晶胞hcp第12頁(yè)/共66頁(yè)晶胞原子數(shù)：是指在一個(gè)晶胞中所含的原子數(shù)目。（體心：2）配位數(shù)：是指晶格中與任一原子最鄰近且等距離的原子數(shù)目是指晶格中與任一原子最鄰近且等距離

7、的原子數(shù)目。體：8 8 致密度：致密度致密度= =晶胞中原子所占有的體積晶胞中原子所占有的體積/ /晶胞的體積。晶胞的體積。體：0.680.68第13頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)、體心立方晶胞、體心立方晶胞BCC Body-Centered Cube 晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 BCC a=b=c,a=b=g=90o 2 8 0.68 第14頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)、面心立方晶胞、面心立方晶胞

8、FCC Face-Centered Cube晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 FCC a=b=c,a=b=g=90o 4 12 0.74第15頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)、密排六方晶胞、密排六方晶胞HCP Hexagonal Close-Packed 晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 HCP a=bc,c/a=1.633, a=b=90o,g =120o a/2 6 12 0.74 第16頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Mater

9、ials MAT,SWJTU教程首頁(yè)體體BCC、面、面FCC、密、密HCP晶胞的晶胞的重要參數(shù)重要參數(shù) 晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 BCC a=b=c,a=b=g=90o 2 2 8 8 0.68 0.68 FCC a=b=c,a=b=g=90o 4 4 12 12 0.74 0.74 HCP a=bc,c/a=1.633, a=b=90o,g =120o a/2 6 6 12 12 0.74 0.74 同素異構(gòu)性：同素異構(gòu)性：第17頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)1.3實(shí)際晶體實(shí)際晶

10、體 實(shí)際晶體多晶體多晶體并存在著晶體缺陷缺陷.單晶體：?jiǎn)尉w：內(nèi)部晶格位向完全一致內(nèi)部晶格位向完全一致各向異性各向異性1、多晶體：、多晶體：由許多位向各不相同的單晶體塊由許多位向各不相同的單晶體塊組組 成成具有各具有各向向同性同性 。2晶體缺陷晶體缺陷( crystal defect ) ： 實(shí)際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性的部分實(shí)際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性的部分 。 a、 點(diǎn)缺陷 b、 線缺陷（位錯(cuò)） c、 面缺陷 第18頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)a、 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷( po

11、int defect ) 晶格結(jié)點(diǎn)處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化晶格結(jié)點(diǎn)處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化 u空位空位( vacancy ) ： 晶格結(jié)點(diǎn)處無原子 u置換原子置換原子( gap atom ) ： 晶格結(jié)點(diǎn)處為其它原子占據(jù) u間隙原子間隙原子( substitutional atom ) ： 原子占據(jù)晶格間隙 間隙原子、置換原子示意圖間隙原子、置換原子示意圖 第19頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)晶格畸變晶格畸變:強(qiáng)度硬度升高強(qiáng)度硬度升高.置換原子引起的晶格畸變空位引起的晶格畸變第20頁(yè)/共66

12、頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)B、 線缺陷線缺陷( line defect ) 位錯(cuò)位錯(cuò)( dislocation ) ：二維尺度很小，另一維尺度很大的原子錯(cuò)排 u刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)( screw dislocation ) u螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò) ( blade dislocation )第21頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)c、 面缺陷面缺陷( surface-defect ) 晶界晶界( grain boundary ) :晶粒與晶粒之間的

13、界面。亞晶界亞晶界( sub-boundary 大角度晶界大角度晶界-晶界晶界小角度晶界小角度晶界-亞晶界亞晶界第22頁(yè)/共66頁(yè)3-1 3-1 合金中的相合金中的相 合金合金 (alloy)：由兩種或兩種以上的金屬或金屬由兩種或兩種以上的金屬或金屬和非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)等材料制備方法而合和非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)等材料制備方法而合成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)。成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)。 組元組元( 元元 )(element)：組成合金最基本的、獨(dú)組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)。（合金元素或穩(wěn)定的化合物）立的物質(zhì)。（合金元素或穩(wěn)定的化合物） 相相(phase)：晶體結(jié)構(gòu)相同，成分和性能均一并晶體結(jié)構(gòu)相同，成

14、分和性能均一并以界面相互分開的組成部分。（單相合金、多以界面相互分開的組成部分。（單相合金、多相合金）相合金）第23頁(yè)/共66頁(yè) 由給定的組元以不同的比例配成的一系列不同成分由給定的組元以不同的比例配成的一系列不同成分合金系統(tǒng)。兩個(gè)組元組成的為二元系、三個(gè)組元組合金系統(tǒng)。兩個(gè)組元組成的為二元系、三個(gè)組元組成的為三元系、三個(gè)以上組元組成的為多元系。成的為三元系、三個(gè)以上組元組成的為多元系。二元合金：由兩個(gè)組元組成的合金二元合金：由兩個(gè)組元組成的合金三元合金：由三個(gè)組元組成的合金三元合金：由三個(gè)組元組成的合金多元合金：由三個(gè)以上組元組成的合金多元合金：由三個(gè)以上組元組成的合金通過顯微鏡觀察到的組織

15、。通過顯微鏡觀察到的組織。通過肉眼或放大鏡觀察到的組織。通過肉眼或放大鏡觀察到的組織。第24頁(yè)/共66頁(yè)3-2 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)相的分類（根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)）相的分類（根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)）第25頁(yè)/共66頁(yè)1.1.按溶質(zhì)原子在晶格中所占位置按溶質(zhì)原子在晶格中所占位置：置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格的某些節(jié)點(diǎn)位置所形成置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格的某些節(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體的固溶體間隙固溶體：溶質(zhì)原子填入溶劑晶格間隙中所形成的固溶體間隙固溶體：溶質(zhì)原子填入溶劑晶格間隙中所形成的固溶體（一）固溶體的分類（一）固溶體的分類第26頁(yè)/共66頁(yè)有限固溶體有限固溶體：溶質(zhì)組元在固溶體中的濃度有一定的

16、限度（溶：溶質(zhì)組元在固溶體中的濃度有一定的限度（溶解度或固溶度）的固溶體。解度或固溶度）的固溶體。無限固溶體無限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的固溶體。（固溶度可達(dá)固溶體。（固溶度可達(dá)100%）2.按溶解度分類按溶解度分類無限置換固溶體中兩組元素原子置換示意圖無限置換固溶體中兩組元素原子置換示意圖（一）固溶體的分類（一）固溶體的分類第27頁(yè)/共66頁(yè)無序固溶體：無序固溶體：溶質(zhì)在溶劑中任意分布溶質(zhì)在溶劑中任意分布,無規(guī)律性無規(guī)律性有序固溶體有序固溶體：溶質(zhì)按一定規(guī)律分布在溶劑晶格的結(jié)溶質(zhì)按一定規(guī)律分布在溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)或間隙點(diǎn)或間隙。3.

17、按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點(diǎn)分類按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點(diǎn)分類（一）固溶體的分類（一）固溶體的分類第28頁(yè)/共66頁(yè)偏偏 聚聚短程有序短程有序無序固溶體無序固溶體有序固溶體有序固溶體過渡過渡第29頁(yè)/共66頁(yè)影響溶解度的因素影響溶解度的因素1.原子尺寸原子尺寸ABArrrr原子尺寸相對(duì)大小原子尺寸相對(duì)大小例如：鐵基合金，例如：鐵基合金，r8%，晶體結(jié)構(gòu)相同時(shí)形成無限固溶體。，晶體結(jié)構(gòu)相同時(shí)形成無限固溶體。組元間原子尺寸越相近，組元間原子尺寸越相近，r越小，溶解度越大。越小，溶解度越大。r r質(zhì)質(zhì)/r劑劑0.85固溶體中溶解度較大固溶體中溶解度較大,否則較小。否則較小。置換原子（點(diǎn)缺陷）置換原

18、子（點(diǎn)缺陷）晶格畸變晶格畸變置換原子數(shù)置換原子數(shù)晶格畸變能晶格畸變能原子尺寸相差原子尺寸相差晶格畸變能晶格畸變能晶格畸變能晶格畸變能穩(wěn)定性穩(wěn)定性新相新相第30頁(yè)/共66頁(yè) 溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于0.1nm的非金屬元素，的非金屬元素，如：如： C(0.077nm);N(0.071nm);O(0.061nm);H(0.071nm)、B(0.097nm)。 形成條件 ：r質(zhì)/r劑0.59 間隙固溶體只能是有限固溶體間隙固溶體只能是有限固溶體,一般溶解度較小。一般溶解度較小。如：碳原子在如：碳原子在Fe（最大（最大Wt=0.0218%）Fe（最大（最大Wt=2.11%）第

19、31頁(yè)/共66頁(yè)二、金屬化合物（中間相）二、金屬化合物（中間相）金屬化合物金屬化合物正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物受電負(fù)性因素控制受電負(fù)性因素控制電子化合物電子化合物受電子濃度控制受電子濃度控制間隙化合物、間隙相間隙化合物、間隙相受原子尺寸控制受原子尺寸控制相的分類（根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)）相的分類（根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)）固溶體固溶體金屬化合物金屬化合物(中間相中間相)： 固溶體固溶體中溶質(zhì)的含量超過固溶度極中溶質(zhì)的含量超過固溶度極限后形成的固相，其晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的，一般可限后形成的固相，其晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的，一般可用分子式來大致表示其組成。用分子式來大致表示其組成。小尺寸原子與過渡族金屬之間形成小尺寸

20、原子與過渡族金屬之間形成晶體結(jié)構(gòu)取決于電子濃度晶體結(jié)構(gòu)取決于電子濃度服從原子價(jià)規(guī)律服從原子價(jià)規(guī)律按形成此類相的按形成此類相的主導(dǎo)控制因素分主導(dǎo)控制因素分第32頁(yè)/共66頁(yè)（valence compound）組成：組成：金屬元素與電負(fù)性較強(qiáng)的金屬元素與電負(fù)性較強(qiáng)的A A 、AA、AA族元素形成族元素形成的化合物。的化合物。特點(diǎn)：特點(diǎn)：符合化合價(jià)規(guī)律。具有嚴(yán)格的化合比、成分固定不變符合化合價(jià)規(guī)律。具有嚴(yán)格的化合比、成分固定不變，可用化學(xué)式表示。，可用化學(xué)式表示。一般為一般為ABAB型、型、ABAB2 2型或型或A A2 2B B型、型、A A3 3B B2 2型。型。常溫時(shí)有很高的硬度和脆性。常溫

21、時(shí)有很高的硬度和脆性。強(qiáng)化相；有害相。強(qiáng)化相；有害相。第33頁(yè)/共66頁(yè)（electron compound）組成：組成：由由BB族（族（CuCu、AuAu、AgAg）或過渡族金屬（）或過渡族金屬（FeFe、CoCo、NiNi）與）與BB、AA、AA族元素形成的金屬化合物族元素形成的金屬化合物。特點(diǎn)特點(diǎn)不遵循原子價(jià)規(guī)律、按一定的電子濃度的比值形成不遵循原子價(jià)規(guī)律、按一定的電子濃度的比值形成電子濃度相同電子濃度相同, ,相的晶體結(jié)構(gòu)類型相同。相的晶體結(jié)構(gòu)類型相同。電子濃度電子濃度 = =化合物元素價(jià)電子總數(shù)化合物元素價(jià)電子總數(shù)/ /化合物原子數(shù)化合物原子數(shù) 電子濃度電子濃度 相相 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)

22、構(gòu) C C電子電子=21/12 =21/12 相相 密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu) C C電子電子=21/13 =21/13 相相 復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)復(fù)雜立方結(jié)構(gòu) C C電子電子=21/14 =21/14 相相 體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu) 以金屬鍵為主，具有金屬特性以金屬鍵為主，具有金屬特性, , 高熔點(diǎn)、高硬度但脆性很高熔點(diǎn)、高硬度但脆性很大大可用化學(xué)式表示可用化學(xué)式表示, , 成分可在一定范圍內(nèi)變化，因此視為以成分可在一定范圍內(nèi)變化，因此視為以化合物為基的固溶體化合物為基的固溶體。第34頁(yè)/共66頁(yè) 組成：過渡族金屬與原子半徑很小的非金屬元素組成：過渡族金屬與原子半徑很小的非金屬元素（C C、H H、N

23、 N、B B等）組成。等）組成。特點(diǎn)：受組元的原子尺寸因素的控制：特點(diǎn)：受組元的原子尺寸因素的控制：r rX X/r/rM M0.59 0.59 0.59 間隙化合物（結(jié)構(gòu)復(fù)雜間隙化合物（結(jié)構(gòu)復(fù)雜）原子間結(jié)合鍵為金屬鍵與共價(jià)鍵的混合形式原子間結(jié)合鍵為金屬鍵與共價(jià)鍵的混合形式第35頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)What? “組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)”相：凡是化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開的 均勻組成部分。組織：用肉眼或顯微鏡觀察到的材料的微觀形貌，它可以是單相 的，也可以是(由一定數(shù)量、形態(tài)、大小和分布

24、方式的)多相組成。第36頁(yè)/共66頁(yè)鎂合金組織組織圖第37頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)1.4 純金屬的結(jié)晶及其組織純金屬的結(jié)晶及其組織 1結(jié)晶與凝固的區(qū)別結(jié)晶與凝固的區(qū)別 凝固：凝固：LS ( S可以是非晶體) 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。結(jié)晶：結(jié)晶：由由一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)晶態(tài) 或非晶態(tài)或非晶態(tài)）轉(zhuǎn)變?yōu)榫w(另一種 原子規(guī)則排列)狀態(tài)（晶態(tài)晶態(tài)）的 過程 . 第38頁(yè)/共66頁(yè)To時(shí)間溫度理論冷卻曲線理論冷卻曲線實(shí)際冷卻曲線實(shí)際冷卻曲線Tm結(jié)晶平臺(tái)結(jié)晶平臺(tái)(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致是由

25、結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線2.結(jié)晶時(shí)的結(jié)晶時(shí)的現(xiàn)象現(xiàn)象放出放出 結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱-平臺(tái)平臺(tái)過冷現(xiàn)象過冷現(xiàn)象( supercooling )過冷度過冷度 ( degree of supercooling ) T = To Tm理理實(shí)實(shí)第39頁(yè)/共66頁(yè)凝固結(jié)晶金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。結(jié)晶是指從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程。第40頁(yè)/共66頁(yè)平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬熔點(diǎn)通常把金屬?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w晶態(tài)的過程稱為通常把金屬?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w晶態(tài)的過程稱為一次結(jié)晶一次結(jié)晶。而把金屬?gòu)囊环N固體晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固體晶態(tài)的過。而把金屬?gòu)囊环N固體

26、晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固體晶態(tài)的過程稱為程稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。二次結(jié)晶或重結(jié)晶。 第41頁(yè)/共66頁(yè) 金屬結(jié)晶的現(xiàn)象冷卻曲線結(jié)晶潛熱結(jié)晶溫度第42頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)晶過程宏觀現(xiàn)象過冷結(jié)晶潛熱第43頁(yè)/共66頁(yè) 金屬結(jié)晶的現(xiàn)象第44頁(yè)/共66頁(yè) 金屬結(jié)晶的現(xiàn)象第45頁(yè)/共66頁(yè)第46頁(yè)/共66頁(yè)第47頁(yè)/共66頁(yè)第48頁(yè)/共66頁(yè)金屬結(jié)晶微觀過程形核長(zhǎng)大形成多晶體兩個(gè)過程重疊交織第49頁(yè)/共66頁(yè)結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力G體系中各種能量的總和叫做內(nèi)能，其中可以對(duì)外做功或向外釋放的能量叫自由能. 3結(jié)晶熱力學(xué)結(jié)晶熱力學(xué)液、固兩相的自由能液、固兩相的自由能 隨溫度變化示意圖隨溫度變化示意圖 第50頁(yè)/共66頁(yè)

27、過冷是結(jié)晶的必要條件過冷是結(jié)晶的必要條件。 實(shí)驗(yàn)證明，純金屬液體被冷卻到熔點(diǎn)實(shí)驗(yàn)證明，純金屬液體被冷卻到熔點(diǎn)T Tm m（理論結(jié)（理論結(jié)晶溫度）時(shí)保溫，無論保溫多長(zhǎng)時(shí)間結(jié)晶都不會(huì)進(jìn)行晶溫度）時(shí)保溫，無論保溫多長(zhǎng)時(shí)間結(jié)晶都不會(huì)進(jìn)行，只有當(dāng)溫度明顯低于，只有當(dāng)溫度明顯低于T Tm m時(shí)，結(jié)晶才開始。也就是說時(shí)，結(jié)晶才開始。也就是說，金屬要在過冷，金屬要在過冷 (Undercooled)(Undercooled)的條件下才能結(jié)晶。的條件下才能結(jié)晶。 可見，過冷度越大，結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力也就越大；過冷度等于0，G也等于0，沒有驅(qū)動(dòng)力結(jié)晶不能進(jìn)行。 結(jié)論：結(jié)晶的熱力學(xué)條件就是必須有一定的過冷結(jié)論：結(jié)晶的熱力學(xué)條件就是必須有一定的過冷度度第51頁(yè)/共66頁(yè)過冷度與冷卻曲線過冷度與冷卻曲線 冷速越快，過冷度越大。冷速越快，過冷度越大。 第52頁(yè)/共66頁(yè)ua.形核： 自發(fā)形核、 非自發(fā)形核 ub.長(zhǎng)大：平面長(zhǎng)大、樹枝狀長(zhǎng)大 4、結(jié)晶的過程、結(jié)晶的過程 ：晶核的形成和長(zhǎng)大過程。形核形核和長(zhǎng)大是結(jié)晶的基本規(guī)律。變質(zhì)處理變質(zhì)處理：鑄造時(shí)，液體中加入 -第53頁(yè)/共66頁(yè)5、晶粒尺寸的控制、晶粒尺寸的控制 （1）晶粒度）晶粒度晶粒的尺度。單位面積上的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線長(zhǎng)度（或直徑）表示。形核率N越大，長(zhǎng)大速率G越慢，晶?？倲?shù)目多，晶粒細(xì)小。（2）過冷度對(duì)形核