在金相顯微鏡下看到的金屬的晶粒簡稱組織。用電子顯微鏡可以觀察到金屬原子的各種規(guī)則排列,這種排列稱為金屬的晶體結(jié)構(gòu)。
物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的。按著原子排列的方式不同分為晶體和非晶體。除少數(shù)物質(zhì):松香、玻璃等,大多數(shù)固態(tài)無機(jī)物都是晶體。
①晶格:抽象地描述原子在晶體中排列形式的幾何空間格子叫晶格。
②晶胞:晶體中具有代表性的一個最小部分稱為晶胞,晶胞在空間有次序的重復(fù)就構(gòu)成晶體。
③晶格常數(shù):即晶胞三邊長度:a、b、c,以埃為單位。
1、常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)
原子排列的方式基本類型有14種而金屬材料中常有的有三種類型:
①體心立方晶格:在立方體中心有一個原子,八個頂角各有一個原子
②面心立方晶格:在立方體六個面的中心各有一個原子,八個頂角各有一個原子。
③密排六方晶格:在晶胞六方柱體的十二角和上下六角底面中心各有一個原子,晶胞的中間還有三個原子。
③密排六方晶格:在晶胞六方柱體的十二角和上下六角底面中心各有一個原子,晶胞的中間還有三個原子。
每種排列的方式不同則它們的致密度不同,面心和密排的致密度為0.74,體心的致密度為0.68。即中間有空隙決定了碳、氮等小原子能溶入晶格中,面心雖然致密度大但它的間隙尺寸大,能溶入碳原子就多,再有原子層面的排列密度也不一樣就象石墨一層層之間間隙很大,很易破碎,而金剛石的四面體每個原子間距均一樣就很硬,所以象面心立方晶格的金屬的延展性好,塑性好就是面心立方晶格的滑移面多,滑移方向多的緣故。
2、實(shí)際金屬的結(jié)構(gòu)
①單晶體:具有一致晶向的晶體叫單晶體。
②多晶體:由許多不同晶向的晶粒組成的晶體稱多晶體。多晶體中每個晶粒內(nèi)部的原子排列次序一樣,但不同晶粒的晶體位向不同。由于多晶體是由許多不同位向的晶粒所組成,各晶粒的有向性互相抵消,所以多晶體呈現(xiàn)的是“無向性”又稱“偽各向同性”
③晶界:在多晶體中晶粒和晶粒之間的交界稱為晶界。晶界是兩個位向不同的晶粒的過度區(qū),所以在晶界處的原子排列不整齊,造成了晶格的畸變(即晶格常數(shù)發(fā)生了改變)并常有雜質(zhì)存在,所以晶界處熔點(diǎn)偏低(化學(xué)能高)易受侵蝕(金相原理)。
④晶體的缺陷
ⅰ點(diǎn)缺陷——空位和間隙原子、置代原子引起晶格的畸變,使其金屬的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度增高(所以熱處理有滲C、N等工藝)(合金化等)
ⅱ線缺陷——位錯:若有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯排稱為位錯。分為:
刃型位錯和螺型位錯,位錯的存在使金屬容易塑性變形,但使強(qiáng)度降低,位錯附近晶格發(fā)生畸變。位錯會動、位錯的密度和運(yùn)動對金屬的塑性、強(qiáng)度、相變、疲勞、腐蝕等起重要作用,所以位錯理論是當(dāng)今研究金屬學(xué)的重要領(lǐng)域
ⅲ面缺陷——晶界和亞晶界
3、金屬的結(jié)晶過程
結(jié)晶:我們把物質(zhì)從液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w狀態(tài)的過程稱為結(jié)晶。結(jié)晶就是從原子不規(guī)則排列狀態(tài)(液態(tài))過渡到規(guī)則排列狀態(tài)(晶體狀態(tài))。液態(tài)金屬凝固時(shí),所放出的結(jié)晶潛熱抵消向外界失散的熱量,溫度降低暫時(shí)停止這時(shí)的溫度為結(jié)晶溫度。
平衡結(jié)晶溫度:我們把極緩慢冷卻時(shí)的結(jié)晶溫度稱為平衡結(jié)晶溫度。在作平衡狀態(tài)圖時(shí)所用的均是平衡結(jié)晶溫度。
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