结晶与相图资料.pptx

常态下金属主要以晶体形式存在。单晶体具有各向异性。非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。第1页/共39页(a)原子排列模型原子排列模型 (b)晶格晶格 (c)晶胞晶胞图图 晶体中原子排列示意图晶体中原子排列示意图为了便于研究晶体中的原子排列规律,把晶体中的原子等想象成几何结点，用直线将其中心连接起来而构成的空间格子称为“晶格”。由于晶体中原子重复排列的规律性，可从晶格中选取一个能够代表其晶格特征的最小几何单元，称之为“晶胞”。晶胞的大小和形状，常以晶胞的棱边长度a、b、c和棱边夹角、六个参数来表示。第2页/共39页第3页/共39页根据晶胞的几何形状或自身的对称性，可把晶体结构分为七大晶系、十四种空间点阵。第4页/共39页2.三种常见的金属晶格第5页/共39页（1）体心立方晶格(BCC)体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，体心处还有一个原子。因其晶格常数a=b=c，故通常只用一个常数a表示即可。第6页/共39页（2）面心立方晶格(FCC)面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面中心还各有一个原子。第7页/共39页（3）密排六方晶格(HCP)密排六方晶格属于六方晶系。在六棱柱晶胞十二个角上和两个端面中心各有一个原子，在两个六边形面之间还有三个原子。第8页/共39页第9页/共39页3.晶面和晶向分析在晶格中，任意两个结点的连线，都代表晶体中某一原子列的位向，称为晶向。由一系列结点所组成的平面都代表晶体的某一原子平面，称为晶面。第10页/共39页第11页/共39页4晶体的各向异性由于晶体中不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，使原子间的相互作用力也不相同，因此在同一单晶体内不同晶面和晶向上的物理、化学和机械性能也会不同。晶体的这种“各向异性”特点是它区别于非晶体的重要标志之一。单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。第12页/共39页5.实际金属结构和晶体缺陷（1）多晶体结构如果一块晶体内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为“单晶体”。实际的金属结构都包含着许多小晶体，每个小晶体的内部晶格位向均匀一致，而各小晶体之间彼此位向都不相同。这种由多晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。第13页/共39页纯金属的结晶物质从液态到固态的转变称为凝固。若凝固后的物质为晶体，则称为结晶。第14页/共39页1金属结晶的条件要使液体进行结晶，就必须使其温度低于理论结晶温度，造成液体与晶体间的自由能差，即具有一定的结晶驱动力才行。实际结晶温度（T1）与理论结晶温度（T0）之差叫“过冷度”。金属液的冷却速度越大，过冷度便越大，液、固态自由能差也越大，即所具结晶驱动力越大，结晶倾向越大。第15页/共39页2金属的结晶过程金属的结晶是一个形核和长大的过程。形核是在液体内部形成一批极小但能持续长大的结晶中心或晶核；然后这些晶核长大直到结晶完毕。第16页/共39页3.晶粒大小的控制金属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。在一般情况下，晶粒越小，金属的强度、塑性和韧性就越好。第17页/共39页同素异构转变 有些金属在固态下，随着外界条件的变化而转变成不同类型的晶体结构，称为同素异构转变。金属的同素异构转变称为二次结晶或重结晶。第18页/共39页3.2 合金的结构合金中的相分为固溶体和化合物两类。第19页/共39页合金是两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。合金中最基本、独立的单元称为组元。用肉眼或借助放大镜、显微镜观察到的材料微观形貌图象称为显微组织。在组织组成物中成分、性能及聚集状态相同，并以界面分开的物质称为相组成物。第20页/共39页固溶体溶质组元溶入溶剂的晶格中形成的单相固体，称为固溶体。特征：总是以一种金属元素为溶剂，另一种或多种元素为溶质；保有溶剂的晶格结构；成分可在一定范围内变化，性能随成分的变化而变化；产生晶格畸变。分类：置换固溶体和间隙固溶体。第21页/共39页金属间化合物组成合金的两个组元发生相互作用而形成的具有金属特性的化合物称为金属化合物。金属化合物的结构与任一组元都不相同（与组元结构相同的是固溶体，固溶体的结构与溶剂相同）。电子化合物电子化合物间隙化合物间隙化合物正常价化合物正常价化合物Mg2SiMg2PbCuZnCu5Zn8CuZn3e/a=3/2 21/13 7/4WC VCFe3C Cr23C6第22页/共39页二元合金相图相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系，也称平衡图或状态图。第23页/共39页二元相图的建立几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。第24页/共39页二元合金相图的基本类型1.匀晶相图两组元在液态与固态下彼此无限互溶，形成无限置换固溶体，这类合金相图叫匀晶相图。第25页/共39页(一)相图分析组元:Cu、Ni相：L、液相线（Liquidus）固相线（Solidus）液相线液相线固相线固相线第26页/共39页合金冷却过程中L、的成分：液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。第27页/共39页2.共晶相图液相无限互溶、固相有限互溶；冷却时发生共晶反应的相图，称为共晶相图。图图 共晶转变共晶转变DCELb ba a+第28页/共39页（1）相图分析第29页/共39页（2）典型合金的结晶过程 合金液态合金冷却至1点温度后，发生匀晶结晶过程，至2点温度时合金完全结晶成固溶体，其后的冷却过程中（23点的温度），相不变。从3点温度开始，从相中析出。最后合金得到的组织为+。第30页/共39页合金（共晶合金）液态金属冷至共晶温度时发生共晶反应,经一段时间后，全部转变为共晶体。合金的室温组织全部为共晶体，即只含有一种组织组成物（共晶体）而其相组成物仍为和相。第31页/共39页共晶组织中的相称共晶相，共晶转变结束时，和 相的相对重量百分比为：E(61.9)D(97.5)C(19.2)第32页/共39页合金（亚共晶合金）液态金属冷至1点温度后，发生匀晶反应生成初生相。当温度降至2点（共晶线）时，剩余液相将在恒温下发生共晶转变而形成共晶体。温度继续下降，初生相中不断析出，合金的室温组织为初生+(+)。第33页/共39页u合金合金（过共晶合金）（过共晶合金）u与亚共晶合金相似，不同的是一次相为与亚共晶合金相似，不同的是一次相为 ,二次相为二次相为 u合金的合金的室温组织为室温组织为+(+)+。第34页/共39页Pb-Sn合金的结晶过程第35页/共39页第36页/共39页合金性能与相图的关系1.合金的使用性能与相图的关系固溶体的性能与溶质的溶入量有关，溶质的溶入量越大，晶格畸变越大，则合金的强度、硬度越高，导电率越小，并在某一成分下达到最大值或最小值。固溶体强化对强度与硬度提高的幅度有限，同时保持了较好的塑性、韧性，故工程上常将固溶体作为合金的基体。第37页/共39页两相组织合金的力学性能和物理性能与成分呈线性关系变化。在平衡状态下，其性能约等于两相性能按百分含量的加权平均值。对组织敏感的某些性能如强度等，与组成相或组织组成物的形态有很大的关系。组成相或组织组成物越细密，强度越高。第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页