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1、2材料的微观结构基础,一、材料的结晶根据材料中原子的排列方式材料分为 非晶体材料 和 晶体材料短程有序，各向同性 长程有序，各向异性 无固定熔点 具有固定的熔点凝固：材料由液体固体。结晶：材料由液体晶体。,1.纯金属的结晶规律,1.1 过冷度缓冷，结晶潜热补偿了温度下降，出现水平段。理论结晶温度Tm：实际结晶温度Tn：过冷度T=Tm-Tn,过冷度,金属结晶的必要条件：过冷度。冷速越大，Tn越低，过冷度T越大。（图2-2）,1.2 纯金属结晶的普遍规律,液态金属冷却达到结晶温度时，某些原子按一定规律排列聚集形成结晶核心，称为晶核。结晶的普遍规律：不断形成晶核和晶核不断长大的连续过程.,纯金属的结
2、晶规律,自发晶核：T，形成尺寸很小的近程有序的原子集团晶核非自发晶核：固态杂质微粒子吸附原子形成。枝晶：,1.3 结晶晶粒大小的控制,结晶时冷却越快，过冷度越大，晶核数量越多，晶粒越细小，金属的力学性能越好。结晶过程中晶粒的大小主要取决于形核率和长大速率。,N和G与T的关系,形核率（N）：单位时间、单位体积内形成晶核的数目。成长率（G）：晶核单位时间生长的平均线长度。T，则N G。N/G越大，则晶粒越细小；N/G越小，晶粒越粗大。T 达到一定程度，原子无法扩散，形成非晶体。,2.晶体中的原子排列,2.1 有关晶体结构的基本概念晶格：描述原子在晶体中规则排列方式的空间几何图形。原子几何点，用线连
3、起来形成的空间几何框架。,基本概念,晶胞：晶格中反映晶体特征的最基本的几何单元。,2.2 典型金属的晶体结构,1）体心立方晶格（BCC或bcc）Cr、W、Mo、V、Fe晶格常数：a=b=c，=90,2.2 典型金属的晶体结构,2）面心立方晶格（FCC或fcc）eg:Cu、Al、Ni、Au、Ag、Fe晶格常数：a=b=c，=90,2.2 典型金属的晶体结构,3）密排六方晶格（HCP或hcp）eg:Mg、Zn、Be、石墨、Ti晶格常数：ac，c/a1.633。,2.3 同素异晶转变,定义：Fe、Co、Ti等伴随着外界条件（温度和压力）的变化，物质在固态时所发生的晶体结构的转变。1、纯铁的同素异晶转
4、变纯铁在1538结晶为Fe，具有BCC晶格结构，随温度降低，发生如下变化：,纯铁的冷却曲线,二、合金的基本显微组织结构,固态合金的三种基本显微组织结构：固溶体、金属化合物、机械混合物。1）固溶体 是指溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的均一的、保持溶剂晶体结构的结晶相。,按溶质原子占据的位置分为置换固溶体和间隙固溶体。,固溶体,置换固溶体：r溶质r溶剂，电化学性质相近，可无限互溶。,间隙固溶体：r溶质/r溶剂0.59 r溶质小，有限互溶。,固溶体,固溶强化：由于溶质原子的溶入而使固溶体的晶格发生畸变，位错运动阻力增加，提高了变形抗力，而使材料的强度和硬度提高的现象。对性能的影响：比纯组元和化合物具有较为优越的综合力学性能，即良好的塑性、韧性，较高的硬度、强度。,2）金属化合物,定义：组成合金的组元由相当程度的金属键结合并具有金属特性的化合物。如碳钢中的渗碳体（Fe3C）。,金属化合物,金属化合物的特性：高熔点、高硬度、高脆性、塑性很差。弥散强化：若使金属化合物呈细小颗粒状以 弥散形式均匀分布于固溶体的基体上，使合金的强度、硬度、耐磨性明显提高。,3）机械混合物,定义：合金中不同的显微组织结构呈现机械混合型态存在。铁碳合金相图中P（F+Fe3C）,
