文档介绍：金属的晶体结构
晶格:为了便于理解和描述晶体中原子排列的规律,可以近似地将晶体中每一个原子看成是一个点,并将各点用假想的线连接起来,就得到一个空间骨架,简称晶格,如图1-4b)所示。
晶胞:即晶格中最小的几何单元。
图1-4 晶体结构示意图
晶体结构
晶格
晶胞
常见的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种类型。
体心立方的晶格是一个立方体,其中心和八个角上各有一个原子,如图1-5所示。属于这类晶格的金属有α-Fe、Cr、W、V等。它们都具有较好的塑性和较大的强度。
图1-5 体心立方球体模型及其晶格
面心立方晶格的晶胞也是一个立方体,其六个面中心和八个角上各有一个原子,如图1-5所示。属于这类晶格的金属有
γ-Fe 、Cu、Al、Ni等。
它们都具有较好的塑性。
图1-6 面心立方球体模型及其晶胞
密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体,其上下底面的中心和十二个角上各有一个原子,且在六方柱体的中间还有三个原子,如图1-7所示。属于这类晶格的金属有Mg 、Zn 、Cd 、Be等。
这类金属塑性较差。
图1-7 密排六方球体模型及其晶胞
金属的结晶过程
即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。
纯金属的结晶过程可通过热分析实验法得到的温度与时间的关系曲线,即冷却曲线来表示,如图1-8所示。
图1-8 纯金属的冷却曲线
T0 ——理论结晶温度
Tn——实际结晶温度
ΔT——过冷度
ΔT
温度
T0
Tn
时间
过冷:即熔融金属冷却到平衡的凝固点以下
而没有发生凝固的现象。
过冷度: 理论结晶温度与实际结晶温度的差值
称为过冷度。即:
ΔT=T0-Tn
式中ΔT——过冷度(℃);
T0 ——金属的理论结晶温度(℃);
Tn ——金属的实际结晶温度(℃)。
金属的过冷度不是恒定值,它与冷却速度有关。
冷却速度越快过冷度也越大。
动画演示
金属的结晶过程包括形核和晶核长大两个阶段,并持续到液相全部转变成固相为止。
金属的结晶过程动画
演示了金属从形核、晶体长大直至结晶
完毕整个过程。
(1)形核
形核:又称成核,是过冷金属液中生成晶核的过程,是结晶的初始阶段。形核包括均质形核和非均质形核两种方式。
1)均质形核:又称自发形核,是熔融金属内
仅因过冷而产生晶核的过程。在一定过冷
度下,金属液中的一些原子自发聚集在一
起,按晶体的固有规律排列起来形成晶核。
2)非均质形核:又称非自发形核,是以熔融
金属内原有的或加入的异质点作为晶核或
晶核衬底的形核过程。
形核
(2)晶核长大
晶核长大:即金属结晶时,晶粒长大成为晶体的过程。
结晶过程中,已经形成的晶核不断长大,同时液态金属中又会不断地产生新的晶核并不断长大,直至液态金属全部消失、长大的晶体互相接触为止。
晶粒:多晶体材料内,晶体学位向(即原子排列的
位向)基本相同的小晶体称为晶粒。
晶界:相邻晶粒之间的界面称为晶界。