金属材料及热处理常识.docx

1、一、纯金属的构造一、纯金属的构造固体物质可分为晶体和非晶体。在非晶体内，原子在空间是杂乱而无序的排列，例如，玻璃就是这神非晶体。在晶体内，原子（或分子）在空间是按一定的几何规律排列的，它构成的空间格子，称为晶格,所有固体金属都属于晶体。晶格是金属结晶构造的最小单元,许多有规则的晶格,可组成形状不规则的晶粒。这些我们用肉眼是看不到的，只有在显微镜下才能看到晶粒的大小和和形状。1.纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构纯金属的晶格主要有 3 种类型:体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。这 3 种晶格的形状如图 2-31 所示。1）体心立方晶格（图 2-31（a）从晶格中取出一个单位立方体，它由 2

2、 个原子组成,8 个顶角各有一个原子，但每个顶角上的原子是 8 个单位立方体所共有。在立方体中心，还有一个原子。常温下的纯铁（又称铁）以及钼、钨、钒等是体心立方晶格。2）面心立方晶格（图 2-31（b）从晶体中取出一个单位立方体,它由 14 个原子,8 个顶角各有一个原子，但每个顶角上的原子是 8 个单位立方体所共有。在立方体的 6 个平面中心，也各有一个原子,每个平面中心原子是两个单位立方体所共有的。铜、镍和温度在 910-1390时的纯铁（又称铁）等，是有这种面心立方晶格。3）密排六方晶格（图 2-31（c）从晶体中取出一个单位六方柱体，它由 6 个原子组成,12 个顶角各有一个原子，每个

3、顶角上原子是 6 个棱柱体所共有。上下两个正六方面的中心，各有一个原子,每个原子是两个相邻六棱柱体所共有。在六方柱体的中心，还有 3 个原子。锌、镁等是有这种晶格。2.液体金属的结晶过程液体金属的结晶过程金属液体凝固为固体的过程，称做结晶（或一次结晶）。当液态金属冷却到熔点以后，金属内部就有一些原子开始稳定下来，成为结晶的核心（简称晶核）。温度继续下降，一方面在已经产生的晶核附近，原子按一定的几何规律凝结排列，长大为晶粒;另一方面又出现许多新的晶核，并陆续长大，直到全部液态金属完全凝固为止。这种金属的结晶过程，如图 2-32 所示。由此过程可知，金属的结晶过程，是由两个基本过程组成的，即晶核的

4、形成和晶核的长大。下面分别介绍焊接熔池熔化金属的结晶特征。1）晶核的形成熔池液态金属中常有难熔金属质点，作初始的晶核，然后长大为晶粒。熔合线上局部溶化的母材晶粒（称半熔化晶粒），成为熔池金属的结晶核心，形成焊缝金属与母材金属生长在起的“联生结晶”。熔合线处的母材晶粒越粗大，凝固后的焊缝金属其晶粒也就越粗大。2）晶粒长大晶粒长大的方向是由边缘指向熔池中心（温度最高点）。由于熔池体积小、散热快，结晶速度很快。结晶从母材金属的半熔化晶粒上开始，柱状晶较发达,而且柱状晶的成长方向基本上与熔池界面相垂直,只有在熔池中心处或火口处,才有可能出现等轴晶。熔池金属是在运动中结晶，晶粒在成长过程中有停顿现象,易

5、产生层状组织,从焊缝表面成形看即呈鱼鳞纹。3）晶粒边界晶粒与晶粒的交界面叫做晶粒边界，简称晶界。熔池在结晶过程中凝固较快，焊件母材中有许多元素和少量夹杂物，熔池结晶时，高熔点的成分先析出，最后易熔的夹杂物被留在柱状晶粒之间。3.合金的晶体构造及铁碳平衡相图合金的晶体构造及铁碳平衡相图1）合金的晶体构造合金中的原子也和纯金属一样，在空间按一定的几何规则排列，与纯金属相比要复杂得多。根据两个元素相互作用关系，合金的晶体构造可分 3类,分别是固熔体、金属化合物和共析体,我们以铁碳合金为例，来说明合金晶体的构造。（1）固熔体 一种物质均匀地熔解在另一种固体物质之中，所形成的熔合体叫固熔体。根据固熔体内

6、原子排列情况，还可分为置换固熔体和间隙固熔体，如图 2-33 所示。某一元素晶格上的原子，一部分被另一元素的原子所取代的固熔体，叫置换固熔体。若某一元素晶格上的原子没有减少，而另一元素的原子挤入其原子的间隙中，形成的固熔体，叫做间隙固熔体。碳原子挤进铁的体心立方晶格间隙处，形成的间隙固熔体，称为铁素体。由于碳原子的挤入，使铁的晶格歪扭，从而使铁素体的塑性变形阻力增大。这就是铁素体比纯铁的强度和硬度稍高的原因。（2）金属化合物合金中的两种元素，按一定的原子 s 数量之比相化合而形成一种新的化合物，例如 Fe3C,称为渗碳体。它的分子是由 3 个铁原子和 1 个碳原子组成的，含碳设为 6.67%。渗碳体的晶格是由复杂的八面体组成，占据顶角或心部位置的是碳化铁分子，而不是碳或铁的原子。渗碳体的硬度很高（70HRC-75HRC）,塑性几乎等于零。在某种条件下，它可以分解为碳和铁。（3）共析体 共析体是由两种或两种以上的晶体结构混合而成的,在显微镜下呈非均匀组织结构。例如，常温下铁素体和渗碳体，是互相不溶解的两种晶体结构，它们在钢中形成-种共析体边称机械混合物,称为珠光体。以机械混合物存在于钢中