解析鋼的晶體結構
2020-08-17 10:16 陜西鋼結構 鋼結構公司
鋼材屬于固體金屬,固體金屬是晶體或晶粒的聚集體。在金屬晶體中,各原子或離子之間以金屬鍵的方式結合,即晶格節點上排列的原子把外層的價電子提供出來,彌散于整個晶體的空隙中,形成所謂的自由電子“氣”,通過自由電子把晶格節點上的原子或離子結合在一起,這種結合力稱為金屬鍵。金屬鍵沒有方向性和飽和性,因此,金屬鍵的存在是金屬材料具有強度和延展性的根本原因。
在金屬晶體中,金屬原子按等徑球體最緊密堆積的規律排列,所形成的空間格子稱為晶格,晶格中反應排列規律的基本幾何單元稱為晶胞。金屬晶體的晶格通常有三種類型：面心立方晶格、體心立方晶格和密集六方晶格。純鐵在910℃以下時為體心立方晶格,稱為a-Fe晶格,在910—1400℃時,為面心立方晶格,稱為y-Fe晶格。
從鐵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會有不同的力學性能,即純鐵晶體是各向異性體。但在實際純鐵中,在高溫液態時,鐵原子處于無序狀態,當逐漸冷卻至凝固點后,部分呈有序排列的小單元起著晶核的作用,使其他鐵原子與之結合,逐漸生長成晶粒,直至晶粒與晶粒接觸為止。顯然這時各晶粒的取向是不一致的。所以,雖然單個晶粒屬于各向異性體,而其組合總體則呈現各向同性的性質。
從晶粒的形成規律可知,晶粒的大小和形狀取決于熔融純鐵中結晶晶核的多少。在冶金實踐中常利用這一現象,加入某種合金元素,使形成更多的結晶核心,達到細化晶粒的作用。
晶格中有些平面的原子比較密集,如下圖中的陰影面,因而結合力較強,而在這些面與面之間,由于原子的間距較大,結合力較弱。這種情況,使晶格在外力作用下,很容易沿原子密集面產生相對滑動。在a-Fe晶格中,這種容易導致滑動的面比較多,這也是鋼材塑性變形能力較大的原因。
金屬晶粒的形態和大小,可以通過金屬試樣經拋光和腐蝕后,用金相顯微鏡直接觀察。
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