晶体棱角处散热快，枝晶成长快
金属的结构与结晶
金属的结晶与铸锭
金属铸锭的组织 1、表面细晶粒层：模壁温度 较低，过冷较大； 2、柱状晶粒层：随着模壁温 度升高，过冷有所降低； 3、中心等轴晶粒层：模壁向 外散热越来越慢，中心温差 越来越小；同时未溶杂质推至 铸锭中心，枝晶冲断，形成较 粗大的等轴晶粒区。
错位密度愈大，金属的强度愈高！
金属的结构与结晶
金属的结晶与铸锭
结晶：如果一切物质从液态到固态的转变过程 称为凝固。通过凝固能形成晶体结构，则可称 为“结晶”
自由能平衡点
平衡结晶温度
金属的结构与结晶
金属的结晶与铸锭
结晶时晶核的形成和成长：经X射线和中子衍 射，液体的结构从高温冷却到结晶温度的过程 ，随时不断产生多类似晶体中原子排列的小集 团（晶胚），这些能成长的晶胚便叫晶核。
钢铁材料
钢
钢 铁 材 料
铸铁
铸钢 结构钢 工具钢 不锈钢和耐热钢 轴承钢
灰铸铁件
可锻铸铁件
球墨铸铁件
钢铁材料
铸钢
铸钢
铸造合金， C 0.15-0.60% 。用于制造一些形状
复杂，难以锻造或切削加工，而又要求较高的强度和塑性
的零件。
工程用铸造碳钢件（ZG270—500）
高锰钢铸件（ZGMn13—3）
※晶体的各向异性
晶体中各种方位上的原子面叫晶向 晶体中各种方位上的原子面叫晶面
金属的结构与结晶
金属的实际结构和晶体缺陷
单晶体 如果一块晶体,其内部 的晶格方位完全一致,称 之为单晶体。
多晶体 金属实际是多晶体结构 ，一块晶体包含多个小晶 体，每个小晶体为单晶体 。小晶体间方位不同。
晶粒 这种小晶体珠外形不规则 的颗粒状称晶粒。晶粒之 间的界面叫晶界
柱状晶组织塑性差，常采用振动浇注或变质 处理等方法来改善
金属的塑性变形与再结晶
金属的塑性变形
弹性极限σe—遵守“虎克定律” 屈服极限σs—弹性和塑性变形 强度极限σb—韧性和脆性断裂
金属的塑性变形与再结晶
塑变对组织和性能影响
晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性
变形量很大时，晶粒被拉长或压扁成细条状或纤维状，性能也会明显改变 ，纵向强度或塑性远大于横向。其组织特性为“纤维组织”
密排六方晶格
该类晶格的金属 ——铍、镁、锌等
金属的结构与结晶
金属的晶体结构
由于晶体中不同晶面和 晶向 上的原子密度不同，因而在 不同方向的性能差异，晶体 这种“各向异性”的特点是 它区别于非金晶体的重要指 标之一。
晶体的各向异性主要表现： 物理、化学或机械性能、电阻、 导磁率、线胀系数等。如硅钢片 在〈100〉晶向上磁化最强
了解钢铁材料的热处理基本原理和工 艺，以及热处理工艺在零件加工过程中 的地位和作用，以便能根据零件的技术 条件正确选择热处理加工方法，合理安 排工艺路线；
掌握常用的碳钢、铸铁、合金钢、铝合 金、轴承合金等金属材料的成分、组织、 性能和用途的基本知识，合理选用金属 材料。
金属的结构与结晶
金属的晶体结构
钢铁晶粒尺寸：0.1～0.001mm
金属的结构与结晶
金属的实际结构和晶体缺陷
晶体缺陷 1、点缺陷
晶格空位及间隙原子（热振动的 偶然偏差） 2、线缺陷
晶格中的“位错线”。可视为 晶格中一部分晶体相对另一部分晶 体的局部滑移而造成的结果，滑移 与未滑移交界线为错位线 3、面缺陷
面缺陷即晶界和亚晶界（因晶体 中不同区域之间的晶格方位过渡所 至）
《工装设计及标准化》
金属材料及热处理 (上)
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属的结构与结晶
2 金属的塑性变形与再结晶
3
金属材料的性能
4
钢铁材料
绪论 金属材料及热处理
金属学
热处理
金属材料
金属学 热处理 金属材料
绪论
了解金属和组织结构、结晶过程、塑 性变形与再结晶以以及二元合金相图
温度或延长加热时间，晶粒继续长大。 晶界面积可减少（一晶粒吞并另一晶粒 合成大晶粒）。
金属材料的性能
金
工艺性能
属
材
料
的
性
能
使用性能
铸造性能 锻压性能 焊接性能 切削加工性能 热处理性能
力学性能
物理和化学性能
金属材料的性能
工艺性能
铸造性能 流动性、收缩、偏析和吸气性等 锻压性能 金属的可锻性（塑性与变形抗力的综合）抗氧
化及氧化皮性质、冷镦性、锻后冷却要求 焊接性能 形成冷裂或热裂的倾向、形成气孔的倾向 切削加工性能 表面质量、可加工性 热处理性能 淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆
性倾向、氧化脱碳倾向、冷脆性
金属材料的性能
使用性能
力学性能 比例极限、弹性极限、硬度、伸长率、摩擦因 数等等
物理和化学性能 腐蚀性、氧化性、导电性、线膨胀系数 、熔点导热率及比热容、密度、摩擦系数等
※晶体的概念
晶体—其原子（离子） 具有规则排列的物体
晶格—通过各原子中 心的一些假想联线建 成三维空间里的几何 排列形式描绘出来（ 空间格子）
晶胞—组成晶格的这种 最基本的几何单元
金属的结构与结晶
金属的晶体结构
※三种常见的金属晶格
体心立方晶格
该类晶格的金属 ——铁、铬、钼、 钨、钒等
面心立方晶格
该类晶格的金属 ——铝、铜、镍等
铸
耐蚀钢铸件（ZG15Cr12）
钢
高强度不锈钢铸件（ZG15Cr13）
耐热钢铸件（ZG30Cr7Si2）
结构钢
钢铁材料
碳素结构钢—Q235A ,C≤0.22%（销、轴）
优质碳素结构钢—45、45Mn（调质）、20Mn、20CrMnTi （
渗低碳合）金高强度结构钢—Q345A （桥梁、船舶、锅炉）
金属的塑性变形与再结晶
塑变对组织和性能影响
晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化
随着变形的增加，位错交互作用产生缠结，随着这种位错缠结发展，会 使各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒。变形量增大，晶粒破碎和位错密度的增 加，金属的塑性韧性下降，硬度和强度显著升高，产生加工硬化
加工硬化 优点：提升硬度、强度
和耐磨性（热处理不能提 升的金属材料）
缺点：再加工难度加大， 电阻增加，耐蚀性降低等
金属的塑性变形与再结晶
回复与再结晶
回复 经过塑性变形后，金属在加热温
度较低时，仅只因金属中的一些点缺陷 和位错的迁移面所引起的某些晶内的变 化
再结晶 当温度加高到具有较高的原
子活动能力时，新晶粒重新生核和成长 ，晶粒外形变，而晶格不变。
晶粒长大 再结晶完成后，继续升高