坦克世界吧 关注:3,852,260贴子:116,517,489
  • 12回复贴,共1

关于金属结构的小科普

只看楼主收藏回复

晶体是原子规则排列的物体,而且晶体在自由生成时往往表现为规则多面体外形。
而且晶体发生固液转换时熔点和凝固点是一定的。
而非晶体原子/分子排列都是不规律的,液态金属也是非规则排列,所以非晶体也可以称为“过冷液体”
这里的过冷指的是非金属凝固后不具有晶体的特征仍未类似液体的散乱排列方式
晶体排列的基本单元称为晶胞,它反映了晶体原子/分子排列方式
晶胞选取必须能充分反映原子空间排列的对称性、具有尽可能多的直角,且体积最小
这都是高中化学的东西,大概就这个意思
晶体形成过程中会放出一些热量,这是因为晶体的物质在液态均匀非晶体状态下,排列无序,
在形成晶体过程中,内能逐渐降低,逐渐实现有序排列,从而实现各向异性并降低分子间势能。
类似的例子就是我们常见的水,我们可以看到冰箱中的水一般是白色不透明的,而自然冷冻的地面积水总是透明的。(水不是晶体)水本身具有一些特殊性,水分子之间能够形成一种相较范德华力更强的作用力,称为氢键。
氢键不是化学键,氢键形成过程中也会释放一些能量,使水进入更稳定的类晶体状态。如果凝固过快,分子相对位置快速定格,那么无序排列的状态将会被极大程度的保存下来,自然状态慢速冷却将会给分子排列的时间,所以,冰箱里的水一般是白色的,地上凝结的积水一般是透明的。类似的例子有玛瑙和水晶,这些,玛瑙不是纯正的晶体,冷却过快。而水晶是,带不同种矿质元素的水晶表现为不同颜色。
另外一个概念,过冷度——这是晶体熔点与当前熔融态物质温度之差。
结晶时冷却速度越大,过冷度越大,实际晶体结晶温度越低,更不容易进入稳定的结晶状态。
液态金属结晶过程主要包括:生成细微的晶体核心以及晶核长大,这两个过程。凝结一般是以晶核为中心向外扩展的,而晶核一般是材料本身在扰动过程中产生的,扰动过程,总会有分子间满足结晶结构从而形成原子团,形成晶核。
当然也可能是其他不溶于液态材料的微小颗粒。
这里将说个挺有趣的例子,就是过冷水。
什么是过冷水呢,一般就是说这瓶水温度已经低于冰点(凝固点)但是仍然保持液态,过冷水形成就是因为水中缺少其他物质的颗粒,也就是晶核。拿起来,摇一摇,这就变成0度的冰块了。过冷水一般是用蒸馏水做的,而且为了保持液态,不能晃动。
液态铁合金的结晶过程也是类似的,围绕晶核凝结,向着不同方向以晶体结构向外扩展,由一个晶核扩展出来的一片结晶组织,就可以称为一个晶体,当不同晶体外层相互接触,阻碍生长时,晶体就会向着未凝固的部位生长,直到全部凝固。晶体之间的部分并不是规则排列的,这里会有一些缝隙,对成型的材料性能造成影响。
。。。算了明天再写吧,我先去肝手游了——
随便来个AIM-120镇楼


IP属地:福建1楼2018-08-20 20:25回复
    楼主加油


    IP属地:云南来自Android客户端2楼2018-08-21 10:50
    收起回复
      看来我昨天写的东西不够吸引眼球啊,那今天就把说法变一变
      我们肯定是不想让这个晶体一块一块分开的,造出来的普通材料一般还是越结实越好对吧,所以呢:
      应该让晶体尽可能的均匀,毕竟我希望这块钢锭能随意切割做成零件,而不是仅仅沿着某个方向切割才能用。
      我们也可以选择让这个单晶体长大,越大越好,最好是整个金属里只有一块晶体,不过这样更趋向于一种艺术品或者什么的,各向异性让这块材料变得不易切割,或者说,切割完没法用。
      要让它变得均匀,就要让每个晶体变得接近于齑粉,越细越好。
      一般来说,让晶体生长过程中变得均已化的操作主要有:
      增加过冷度、变质处理、附加振动
      这三种。
      增加过冷度,顾名思义,就是让液态金属尽快冷却,让更多的形核(晶核)形成,从而实现均一(实际上这种方法制成的材料在某些情况下需要后续处理,我会在后边介绍炸药以及金属性能的时候详细介绍)
      变质处理呢,就是在金属结晶前,向其中加入一些变质剂(高熔点的细小粉末),搅拌均匀,使其起到形核的作用,从而均匀结晶
      附加振动,就是让金属在振动状态下结晶,使晶粒细化,炸药铸装也可以使用这种方法,后边会讲。
      金属成型后,一般分为以下几种:
      表面细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区
      表面细晶区,指的就是金属液注入型腔后,与型腔内壁接触的一层金属结晶,这些金属接触型腔壁时产生大量过冷,迅速结晶直至彼此接触,类似于生物上学的表皮细胞培养过程。
      柱状晶区,表面细晶形成过程中释放热量,同时向外散热速度降低,过冷度相比与外界接触已经减小,形核形成减缓,所以大部分组织是从表面细晶区开始生长,由于各个晶体之间相互妨碍生长,所以晶体主要是向内生长,生长过程中,越往里过冷度越小,生长逐渐减缓,最后形成放射状的条状柱状晶区,形状大概就是橘子瓣那样吧~吸溜...(≧∇≦)ノ
      中心等轴晶区,周围的晶体均已形成,此时散热速度进一步减小,当周围结晶均已冷却至凝固点时,内部温度梯度趋近于0,开始整体均匀冷却,这时主要从内部的形核结晶,结晶组织比较均匀。这就是中心等轴晶区。
      下来讲一下金属的强度什么的
      强度指的是金属在外力作用下,抵抗变形和断裂的能力。
      金属的强度一般用应力应变曲线来表示,一般大概是这个形状,等等我找找画图工具...
      (⊙o⊙)…
      (╯‵□′)╯︵┻━┻我懒得找了,直接用CAD画一了个,凑合看吧

      好了大概就这样了,应力逐渐增加的过程中,应变变化是与应力成正比的,这就是弹性变形阶段。
      而在后边出现了一个不成正比的阶段,这个阶段应力变化不大但是应变增加很多,这就是屈服阶段。
      应力继续增加,应变陡增,直到定点,这个阶段是强化阶段,也可以叫做塑性变形阶段。
      继续拉长的话,材料变细过多,出现所谓的缩颈现象,能承受的力减小,直到断裂。
      能承受的最大应力称为抗拉强度。这些定义,我明天会解释清楚。
      顺便明天说一说破甲弹的工作原理以及构造要求
      最后来个无奖竞猜,不会很难:

      这个舰名字叫什么,名字的来源是什么^_^
      谢谢围观O(∩_∩)O~


      IP属地:福建3楼2018-08-21 20:46
      回复
        科普贴有意思。。。。赞一个


        IP属地:河北来自Android客户端4楼2018-08-21 23:17
        收起回复
          呃......


          IP属地:福建5楼2018-08-22 18:09
          回复
            没多少人人看这个让我很尴尬啊...


            IP属地:福建6楼2018-08-22 18:10
            回复
              贴吧又吞楼了,唉,真的是╮(╯▽╰)╭


              IP属地:福建9楼2018-08-22 20:26
              回复
                好了今天接着说上边的这些定义-_-||
                应力是什么呢,应其实就是零件受到的力。它和力的区别就是,力一般用于指宏观的力以及外力,而应力一般用于指代微观的力和内力,本质意思是没什么区别的,用法略不同而已。
                应变就是物体的某部分在受力后产生的变形,一般指弹性变形,塑性变形只是在某些特殊情况下会分析,比如穿甲弹仿真实验,当然这个仿真用的也是软件,有限元软件。
                应力/应变就是物质的弹性模量。
                这个应力—应变图上正比例函数的顶点,就是屈服点,这个点以后,外力不需增加多大,即可拉长试样。
                屈服阶段过后,最大承受能力逐渐增加,但这时材料已经开始略微变细了,就像平时拉塑料袋这样,这个时候,某些不受力的点被拉长,大多数连接点开始起作用。
                材料在曲线顶点承受最大应力,这个应力就是抗拉强度
                顶点往后,大量节点之间的连接被迫断裂,材料抗拉强度逐渐减小。
                最后曲线直接没了,因为拉断了╮(╯▽╰)╭。
                这里说一个概念,屈强比
                材料的屈服极限与抗拉强度的比值,称为屈强比。
                屈强比和材料实际使用性能是有关的,我们一般使用材料的弹性变形段。抗拉强度一般是越大越好,但是抗拉强度也不是容易提高的东西,那么主要通过调整屈强比来调整性能:
                屈强比大的话,材料屈服极限较高,可用区间较大,但是屈服后很快就会断裂,材料发生变形到材料断裂的区间较小,发现变形,可能为时已晚。
                屈强比小的话,材料屈服极限低,可用区间小,但是材料断裂前会有明显的形变,易于观测并及时补救,当然这样的话,材料就得多用一些。
                最后材料一般是经过安全性和经济性权衡论证的。


                IP属地:福建10楼2018-08-22 20:30
                回复


                  IP属地:福建11楼2018-08-22 20:31
                  回复
                    附上美图一张,不过贴吧限制大小,所以很精细的那些图,我也没办法发


                    IP属地:福建12楼2018-08-22 20:32
                    回复