不銹鋼精密鑄造晶體結構
金屬是多晶體,晶體是由晶胞在j維立體空間排列而成的。晶胞類(lèi)似于生物中的細胞,它是組成晶體的基本單元,晶胞的結構是多種多樣的,金屬與非金屬晶體一共存在著(zhù)14種不同晶胞結構,但在黑色不銹鋼精密鑄造金屬中出現最多的是面心立方結構、體心立方結構和密排六方結構。由于晶胞的結構不同,其性能會(huì )有很大差異。
(1)面心立方結構(以A·或fcc表示)
面心立方晶胞結構如圖1_11所示。晶胞中的原子位于六面體的八個(gè)頂點(diǎn)和六個(gè)表面的面心部位。每個(gè)晶胞中的原子數為:頂點(diǎn)上的原子為上、下、左、右、前、后8個(gè)品胞所共有;面心處的原子為該晶胞同與其相鄰的2個(gè)晶胞所共有。晶胞中原于堆積的緊密程度可以用致密度來(lái)表示。
晶胞內原子的體積
晶胞體積面心立方的致密度K為O.74,即品胞中原子所占有的體積為該晶胞體積的74%,其余26%為李隙體積。由于空隙的存在,晶胞內就可以容納一些原子半徑較小的雜質(zhì)原子,如鐵在高溫固態(tài)時(shí)的晶體結構為面心立方,也可稱(chēng)之為7一Fe、其中可以容納C、H、N、0這些原子半徑較小的雜質(zhì)原子。除Fe外,具有面心立方結構的金屬還有A1、cu、Mn、Ni等。如果我們另外拿一個(gè)平面板,穿過(guò)一個(gè)晶胞任意切割,會(huì )出現有一個(gè)切割面上的原子數最多,這個(gè)面稱(chēng)為密排面,由于密排面J:原子數量多,它們之間的結合力強,因而影響材料的一些性能。
(2)體心立方結構(以Az或bcc表示)
體心立方結構如圖l一12所示。晶胞中的原子位于六面體的每個(gè)頂點(diǎn)和體心位置。每個(gè)晶胞中的原子數為:體心立方的致密度K為0.68,顯然其致密度小于面心訌方,也就是說(shuō)它的空隙體積要比面心立方大。但是體心立方中的空隙分布比較均勻,面心立方中的空隙分布比較集中,面心立方中存在有體積相對較大的空隙,從而1日J以容納那些原子半徑較小的異類(lèi)原子,如c、II、O等原子,而體心立方則沒(méi)有這個(gè)條件,這說(shuō)明為什么體心立方的鐵索體幾乎不含碳,而面心立方的奧氏體可溶解較高碳量(高溫時(shí)可達2.u%)。具有體心立方結構的金屬有cr、V、M0、W等。
(3)密排六方結構(以As或hcp表示) 密排六方結構的品胞如圖l
13所示。晶胞中的原子有3個(gè)完全位于晶胞內,和其他品胞無(wú)關(guān);晶胞的上、下共有12個(gè)頂角各有1個(gè)原子,每個(gè)原子為6個(gè)晶胞所共有;晶胞的2個(gè)底而中心各有1個(gè)原子,每個(gè)原子為f:、下2個(gè)晶胞所共有。這樣每個(gè)密排六方結構的晶胞共有原子它的致密度和面心立方一樣亦為O.74,它的最大空隙半徑也與面心立方相同。屬于密排六方結構的金屬有Mg、Zn、Co、Ti等。
(4)同素異晶性
一些金屬在外界條件改變時(shí)(如溫度、力),其晶體結構也發(fā)生變化,這種變化稱(chēng)為同素異晶轉變,如鐵在溫度小于910℃時(shí)為體心立方,稱(chēng)為a—Fe;溫度9lO~1400℃之間為面心立方,稱(chēng)為rFe;溫度1400~1538℃(熔點(diǎn))之問(wèn)為體心立方,稱(chēng)為8一Fe;在常溫高壓(15000MF’a)下a—Fe會(huì )轉變成密排六方結構e—Fe。這種同素異晶的轉變對鐵中固溶的碳量以及組織轉變會(huì )有很大影響。