金屬工藝學第二章VIP

1、金屬與合金的組織結(jié)構(gòu)金屬與合金的組織結(jié)構(gòu) 金屬與合金的結(jié)晶金屬與合金的結(jié)晶 金屬材料的力學性能與其內(nèi)部組織結(jié)金屬材料的力學性能與其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，構(gòu)密切相關(guān)。改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，能改變其性能。因此，了解金屬材料的能改變其性能。因此，了解金屬材料的組織結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，對于掌握金屬組織結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，對于掌握金屬材料及其性能很有必要。材料及其性能很有必要。（1）體心立方晶格。 （2）面心立方晶格。 （3）密排六方晶格。 整個晶體內(nèi)部的晶格排列方位完全一致的晶體，稱整個晶體內(nèi)部的晶格排列方位完全一致的晶體，稱為單晶體。實際應(yīng)用的金屬并非單晶體，而是由許多晶為單晶

2、體。實際應(yīng)用的金屬并非單晶體，而是由許多晶格類型相同、但晶格的排列方位不同的單晶體組成的多格類型相同、但晶格的排列方位不同的單晶體組成的多晶體（如圖晶體（如圖2-6所示）。借助顯微鏡所觀察到的金屬材料所示）。借助顯微鏡所觀察到的金屬材料內(nèi)部的微觀形貌圖像，稱為金屬的顯微組織。純金屬的內(nèi)部的微觀形貌圖像，稱為金屬的顯微組織。純金屬的顯微組織均為由若干外形不規(guī)則的小晶體組成的多晶體顯微組織均為由若干外形不規(guī)則的小晶體組成的多晶體組織（如圖組織（如圖2-7所示），其中每個小晶體稱為晶粒，晶粒所示），其中每個小晶體稱為晶粒，晶粒間的界面稱為晶界。間的界面稱為晶界。1壓力（1）固溶體）固溶體 金屬或非金

3、屬原子溶入另一種金屬晶格中形成的金屬或非金屬原子溶入另一種金屬晶格中形成的合金固相，稱為固溶體。在固溶體中，保持原有晶格合金固相，稱為固溶體。在固溶體中，保持原有晶格的組元稱為溶劑，被溶入的組元稱為溶質(zhì)。例如，在的組元稱為溶劑，被溶入的組元稱為溶質(zhì)。例如，在碳原子溶入碳原子溶入-Fe晶格形成的固溶體中，晶格形成的固溶體中，-Fe為溶劑，為溶劑，碳為溶質(zhì)；在鋅原子溶入銅晶格形成的固溶體中，銅碳為溶質(zhì)；在鋅原子溶入銅晶格形成的固溶體中，銅為溶劑，鋅為溶質(zhì)。為溶劑，鋅為溶質(zhì)。 1壓力（2）金屬化合物）金屬化合物 金屬化合物是由合金組元間相互作用而形成的金屬化合物是由合金組元間相互作用而形成的具有金屬

4、特性的化合物。其主要特征是：具有與其組具有金屬特性的化合物。其主要特征是：具有與其組成組元不同的新的復雜晶格；一般具有一定的化學成成組元不同的新的復雜晶格；一般具有一定的化學成分，可用化學分子式表示其組成，如分，可用化學分子式表示其組成，如Fe3C、CuZn等；等；其性能一般表現(xiàn)為熔點高、硬度高而脆性大。其性能一般表現(xiàn)為熔點高、硬度高而脆性大。 1壓力 合金的組織由上述基本相組成，主要有單相組織合金的組織由上述基本相組成，主要有單相組織和多相組織兩大類：由同一種基本相組成的組織，稱和多相組織兩大類：由同一種基本相組成的組織，稱為單相組織；由兩種或兩種以上的基本相組成的組織，為單相組織；由兩種或

5、兩種以上的基本相組成的組織，稱為多相組織。稱為多相組織。 1金屬結(jié)晶的過冷現(xiàn)象 晶體的熔點晶體的熔點T0是表示其結(jié)晶與熔化的平衡溫度，如是表示其結(jié)晶與熔化的平衡溫度，如0是水結(jié)晶成冰或冰溶化為水的平衡溫度。顯然，液體是水結(jié)晶成冰或冰溶化為水的平衡溫度。顯然，液體金屬只有冷至平衡溫度金屬只有冷至平衡溫度T0以下，才能完全結(jié)晶，故其實以下，才能完全結(jié)晶，故其實際結(jié)晶溫度際結(jié)晶溫度T1低于平衡溫度低于平衡溫度T0。 2金屬的結(jié)晶過程 金屬的結(jié)晶過程是通過晶核的形成與長大形成多晶體金屬的結(jié)晶過程是通過晶核的形成與長大形成多晶體的轉(zhuǎn)變過程（如圖的轉(zhuǎn)變過程（如圖2-14所示）：首先在液態(tài)金屬中形成一所示）

6、：首先在液態(tài)金屬中形成一些很小的金屬晶體作為結(jié)晶的核心（晶核），然后晶核不些很小的金屬晶體作為結(jié)晶的核心（晶核），然后晶核不斷長大，如此不斷地從液態(tài)金屬中形成新的晶核并長大，斷長大，如此不斷地從液態(tài)金屬中形成新的晶核并長大，直至全部液態(tài)金屬結(jié)晶完成為止，最終形成由許多晶粒組直至全部液態(tài)金屬結(jié)晶完成為止，最終形成由許多晶粒組成的多晶體。成的多晶體。 （1）晶粒大小對金屬性能的影響。 （2）細化晶粒的措施。 提高冷卻速度。加入不熔微粒。 與金屬的結(jié)晶相比，合金的結(jié)晶要復雜得多：與金屬的結(jié)晶相比，合金的結(jié)晶要復雜得多：其結(jié)晶過程多需在某一溫度范圍內(nèi)進行，并伴隨有其結(jié)晶過程多需在某一溫度范圍內(nèi)進行，并伴隨有液相和固相的成分變化；結(jié)晶產(chǎn)物除單相組織外，液相和固相的成分變化；結(jié)晶產(chǎn)物除單相組織外，還有多相組織；而某些合金結(jié)晶后的固相組織在繼還有多相組織；而某些合金結(jié)晶后的固相組織在繼續(xù)冷卻過程中，還會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。因此，合金的續(xù)冷卻過程中，還會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。因此，合金的結(jié)晶需要借助試驗測定的合金狀態(tài)圖來進行研究。結(jié)晶需要借助試驗測定的合金狀態(tài)圖來進行研究。最為常用的狀態(tài)圖是二元合金狀態(tài)圖，它表示二元最為常用的狀態(tài)圖是二元合金狀態(tài)圖，它表示二元合金在平衡條件（即緩慢加熱或緩慢冷卻）