解析钢的晶体结构

2020-08-17 10:16 陕西钢结构 钢结构公司

　　钢材属于固体金属,固体金属是晶体或晶粒的聚集体。在金属晶体中,各原子或离子之间以金属键的方式结合,即晶格节点上排列的原子把外层的价电子提供出来,弥散于整个晶体的空隙中,形成所谓的自由电子“气”,通过自由电子把晶格节点上的原子或离子结合在一起,这种结合力称为金属键。金属键没有方向性和饱和性,因此,金属键的存在是金属材料具有强度和延展性的根本原因。

　　在金属晶体中,金属原子按等径球体最紧密堆积的规律排列,所形成的空间格子称为晶格,晶格中反应排列规律的基本几何单元称为晶胞。金属晶体的晶格通常有三种类型：面心立方晶格、体心立方晶格和密集六方晶格。纯铁在910℃以下时为体心立方晶格,称为a-Fe晶格,在910—1400℃时,为面心立方晶格,称为y-Fe晶格。

　　从铁原子排列的形式可以看出,在晶格中的不同平面上的原子密度是不同的,因此,在晶格上的不同取向会有不同的力学性能,即纯铁晶体是各向异性体。但在实际纯铁中,在高温液态时,铁原子处于无序状态,当逐渐冷却至凝固点后,部分呈有序排列的小单元起着晶核的作用,使其他铁原子与之结合,逐渐生长成晶粒,直至晶粒与晶粒接触为止。显然这时各晶粒的取向是不一致的。所以,虽然单个晶粒属于各向异性体,而其组合总体则呈现各向同性的性质。

　　从晶粒的形成规律可知,晶粒的大小和形状取决于熔融纯铁中结晶晶核的多少。在冶金实践中常利用这一现象,加入某种合金元素,使形成更多的结晶核心,达到细化晶粒的作用。

　　晶格中有些平面的原子比较密集,如下图中的阴影面,因而结合力较强,而在这些面与面之间,由于原子的间距较大,结合力较弱。这种情况,使晶格在外力作用下,很容易沿原子密集面产生相对滑动。在a-Fe晶格中,这种容易导致滑动的面比较多,这也是钢材塑性变形能力较大的原因。

　　金属晶粒的形态和大小,可以通过金属试样经抛光和腐蚀后,用金相显微镜直接观察。

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