金属工艺学第二章

第2章金属材料基础知识金属与合金的组织结构金属与合金的结晶本章要点金属材料的力学性能与其内部组织结构密切相关。改变金属材料的组织结构，能改变其性能。因此，了解金属材料的组织结构及其变化规律，对于掌握金属材料及其性能很有必要。金属与合金的组织结构（1）体心立方晶格。1金属的晶体结构和组织1．金属的晶体结构（2）面心立方晶格。（3）密排六方晶格。2．金属的组织整个晶体内部的晶格排列方位完全一致的晶体，称为单晶体。实际应用的金属并非单晶体，而是由许多晶格类型相同、但晶格的排列方位不同的单晶体组成的多晶体（如图2-6所示）。借助显微镜所观察到的金属材料内部的微观形貌图像，称为金属的显微组织。纯金属的显微组织均为由若干外形不规则的小晶体组成的多晶体组织（如图2-7所示），其中每个小晶体称为晶粒，晶粒间的界面称为晶界。3．金属的晶体缺陷（1）点缺陷。（2）线缺陷。（3）面缺陷。合金的相结构和组织1．压力1．合金的基本相结构（1）固溶体金属或非金属原子溶入另一种金属晶格中形成的合金固相，称为固溶体。在固溶体中，保持原有晶格的组元称为溶剂，被溶入的组元称为溶质。例如，在碳原子溶入α-Fe晶格形成的固溶体中，α-Fe为溶剂，碳为溶质；在锌原子溶入铜晶格形成的固溶体中，铜为溶剂，锌为溶质。1．压力1．合金的基本相结构（2）金属化合物金属化合物是由合金组元间相互作用而形成的具有金属特性的化合物。其主要特征是：具有与其组成组元不同的新的复杂晶格；一般具有一定的化学成分，可用化学分子式表示其组成，如Fe3C、CuZn等；其性能一般表现为熔点高、硬度高而脆性大。1．压力2．合金的组织合金的组织由上述基本相组成，主要有单相组织和多相组织两大类：由同一种基本相组成的组织，称为单相组织；由两种或两种以上的基本相组成的组织，称为多相组织。金属与合金的结晶1金属的结晶1．金属结晶的过冷现象晶体的熔点T0是表示其结晶与熔化的平衡温度，如0℃是水结晶成冰或冰溶化为水的平衡温度。显然，液体金属只有冷至平衡温度T0以下，才能完全结晶，故其实际结晶温度T1低于平衡温度T0。1金属的结晶2．金属的结晶过程金属的结晶过程是通过晶核的形成与长大形成多晶体的转变过程（如图2-14所示）：首先在液态金属中形成一些很小的金属晶体作为结晶的核心（晶核），然后晶核不断长大，如此不断地从液态金属中形成新的晶核并长大，直至全部液态金属结晶完成为止，最终形成由许多晶粒组成的多晶体。3．晶粒大小的控制（1）晶粒大小对金属性能的影响。（2）细化晶粒的措施。①提高冷却速度。②加入不熔微粒。2合金的结晶与金属的结晶相比，合金的结晶要复杂得多：其结晶过程多需在某一温度范围内进行，并伴随有液相和固相的成分变化；结晶产物除单相组织外，还有多相组织；而某些合金结晶后的固相组织在继续冷却过程中，还会发生组织转变。因此，合金的结晶需要借助试验测定的合金状态图来进行研究。最为常用的状态图是二元合金状态图，它表示二元合金在平衡条件（即缓慢加热或缓慢冷却）下成分、温度与相或组织关系的图形。对此，将结合铁碳合金状态图在后面的相关章节中进行介绍。