
《金屬材料與熱處理》課程中,“金屬的結構與結晶”是理解材料性能與后續熱處理原理的基礎。
首先,金屬的晶體結構決定了其基本特性。絕大多數金屬在固態下是晶體,其原子在空間呈規則排列。最常見的金屬晶格類型有三種:體心立方(如α-Fe、鉻)、面心立方(如γ-Fe、鋁、銅)和密排六方(如鎂、鋅)。然而,實際金屬并非完美晶體,普遍存在空位、位錯、晶界等缺陷,這些缺陷對材料的強度、塑性等性能有至關重要的影響。
其次,金屬的結晶過程決定了材料的微觀組織。液態金屬冷卻至理論結晶溫度以下時開始結晶,這一溫度差稱為“過冷度”。結晶過程包含“形核”與“晶核長大”兩個階段。晶粒大小是核心控制指標,晶粒越細小,金屬的強度、硬度、塑性和韌性通常越好,即“細晶強化”。生產中常通過增加冷卻速度(增大過冷度)或進行變質處理來細化晶粒。此外,純鐵等金屬在固態下隨溫度改變晶格類型的“同素異構轉變”(如α-Fe與γ-Fe的轉變),是鋼能夠進行熱處理的內在依據。
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