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第二章纯金属与合金的基本知识化学工业出版社第一节纯金属与合金的晶体结构一、纯金属的晶体结构晶体与非晶体。晶体：指在其内部原子按一定几何规律作有规则的周期性排列的物质。各向异性。非晶体：内部的原子是无规则地堆积在一起。各向同性。（一）晶格晶格：用以描述原子在晶体中排列形式的空间格架（二）晶胞晶胞：能够完全反映晶格结构特征的最小的几何单元。化学工业出版社（三）金属中常见的晶格类型1.体心立方晶格a=b=c，α=β=γ=90°，体心立方晶格结构的金属α-Fe、Cr、W、Mo、V等。2.面心立方晶格a=b=c，α=β=γ=90°，面心立方晶格的金属有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。3.密排六方晶格a=b≠c，α=β=90°，γ=120°，密排六方晶格的金属有Mg、Zn、Cd、Be等。致密度：体心立方晶格的致密度为68％；面心立方晶格和密排六方晶格的致密度均为74％。化学工业出版社二、纯金属的实际晶体结构（一）多晶体结构晶粒、晶界、显微组织（二）晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。1.点缺陷空位和间隙原子2.线缺陷位错。刃型位错金属强度与位错密度的关系3.面缺陷晶界和亚晶界。晶粒大小与金属力学性能之间的关系。化学工业出版社三、合金的晶体结构（一）合金的基本概念合金：由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。组元合金系相组织（二）合金的相结构固态下的相结构：固溶体、金属化合物。1.固溶体合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相。固溶体的分类：置换固溶体和间隙固溶体。化学工业出版社（1）置换固溶体无限固溶体、有限固溶体。（2）间隙固溶体间隙固溶体都是有限固溶体。形成间隙固溶体的条件：r溶质/r溶剂≤0.59。固溶强化。2.金属化合物金属化合物的晶格类型和性能完全不同于任一组元。金属化合物的性能：高熔点、硬度和稳定性，但脆性较大。弥散强化。化学工业出版社第二节纯金属与合金的结晶结晶：金属与合金由液态转变为固态晶体的过程中。一、纯金属的结晶过程（一）冷却曲线和过冷现象纯金属的冷却曲线。过冷现象：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差：△T＝T0－Tn化学工业出版社（二）纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程：晶核的不断形成和长大的过程。枝晶（三）金属晶粒大小与控制金属晶粒的大小对常温下金属的强度、塑性和韧性的影响。影响金属结晶后晶粒的大小的因素：形核率N和长大速率G。在工业生产中，常采用以下方法：1.增大过冷度2.变质处理3.附加振动化学工业出版社二、合金的结晶与二元合金相图合金相图：表示在平衡状态下（缓慢冷却或缓慢加热条件下），合金的组成相、温度、成分三者之间关系的图形。又称为合金平衡图或合金状态图。（一）合金的结晶合金的冷却曲线（二）二元合金相图1.二元合金相图的表示方法2.二元合金相图的建立化学工业出版社（三）二元合金相图的基本类型及应用二元匀晶相图和二元共晶相图。1.二元匀晶相图二元合金系中，两组元在液态和固态下均可以任何比例相互溶解所构成的合金相图。（1）相图分析（2）合金冷却过程分析化学工业出版社（3）杠杆定律作用确定任一成分的合金在某一温度下，两个平衡相的化学成分和每个的相对量。①两平衡相成分的确定化学工业出版社②两平衡相相对量的确定mL＋mα＝mmL·x1%＋mα·x2%＝m·x%液、固两相的相对量%100%100%babcmmmLL%100%100%bacammm（4）枝晶偏析化学工业出版社二元共晶相图凡是在二元合金系中两组元在液态能完全互溶，而固态下相互有限溶解或是不溶，并发生共晶转变的相图。如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Au-Cu等。（1）相图分析Pb-Sn二元共晶合金相图。特性点、特性线共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两种成分不同固相的转变。化学工业出版社（2）典型Pb-Sn合金的冷却过程分析①合金Ⅰ（E、D点之间的合金）二次β（或次生β相），用βⅡ表示。合金冷却到室温时的组织为α＋βⅡ。成分位于F~G点之间的合金，室温的组织为β＋αⅡ。②合金Ⅱ（C点的合金）共晶合金，室温组织为（α＋β）共晶体。③合金Ⅲ（C、E点之间的合金）亚共晶合金室温组织为α初生＋βⅡ+（α＋β）。④合金Ⅳ（C、F点之间的合金）过共晶合金室温的组织为β初生＋αⅡ＋（α＋β）。（3）合金的相组分与组织组分化学工业出版社三、合金性能与相图间的关系（一）合金力学性能与相图的关系（二）锻压性能与相图的关系（三）合金铸造性能与相图的关系（四）切削加工性能与相图的关系