金属晶体及晶体结构能带理论

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1、§9-1金属的晶体结构一、晶体的基本概念在自然界中除了一些少数的物质（如普通玻璃、松香等）以外，包括金属在内的绝大多数固体都是晶体1．晶体所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。9-1-1晶体的基本概念2．晶体结构晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列。3．阵点（结点）把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。4．阵点（或结点）在空间的排列方式称为空间点阵（简称点阵）5．晶面点阵中的结点所构成的平面。6．晶向点阵中的结点所组成的直线。9-1-2晶体的基本

2、概念7．晶格把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。8．晶胞构成晶格的最基本单元。由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。9．晶格常数晶胞的棱边长度a、b、c和棱间夹角α、β、γ是衡量晶胞大小和形状的六个参数，其中a、b、c称为晶格常数或点阵常数。其大小用A来表示（1A=10-8cm）若a=b=c，α=β=γ=90°这种晶胞就称为简单立方晶胞。具有简单立方晶胞的晶格叫做简单立方晶格。9-1-3常见金属的晶体结构类型在金属元素中，常见的金属晶体结构类型有下面

3、三种晶体结构类型。（一）体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子晶格常数a=b=c，通常只用a表示，（见图1-2）。这种晶胞在其立方体的对角线方向上原子是紧密接触排列着的。故其对角线长度a方向上所分布的原子数目为2，这样可计算出其原子半径：在这种晶胞中，因每个顶点上的原子是同时属于周围八个晶胞所共有。实际上每个体心立方晶胞中仅含有：个原子。9-1-4常见金属的晶体结构类型晶格的致密度：是指其晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。用“K”

4、表示。体心立方晶格的致密度：即晶格中有68%的体积被原子占有，其余为空隙。属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、Cr、Mo、W、V等。9-1-5常见金属的晶体结构类型图1-2体心立方晶格图1-3面心立方晶格§9-2Fe-Fe3C合金相图9-2-1型铁碳合金结晶过程图9-2-2典型铁碳合金结晶过程分析1．含碳0.01%的工业纯铁2.含碳0.77%的共析钢（合金②）3.含碳0.40%的亚共析钢（合金③）4．含碳1.2%的过共析钢（合金④）5．含碳4.3%的共晶白口铁：（合金⑤）6

5、．含碳3.0%的亚共晶白口铁：（合金⑥）7．含碳5.0%的过共晶白口铁（合金⑦）9-2-3含碳0.01%的工业纯铁9-2-40.77%共析钢结晶过程9-2-5亚共析钢结晶过程9-2-6%C的过共析钢的结晶过程9-2-7铁碳合金组织特征图(a)0.01%C铁素体500×(c).0.77%C珠光体500×(b)0.45%C铁素体+珠光体500×d).1.2%C铁素体+二次渗碳体500×9-2-8共晶白口铁的结晶过程§9-3热加工相关概念热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。在热加工

6、中将同时发生加工硬化和再结晶软化两个过程。再结晶温度是热加工与冷加工的分界线，高于再结晶温度的压力加工是热加工，低于再结晶温度的压力加工是冷加工。9-3-1热加工对钢的组织和性能影响有利影响：(1)通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高；(2)通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高；(3)通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变可提高零件使用寿命。9-3-2热加工对钢的组织和性能影响不利影响加工的温度过高，晶粒粗大；若

7、温度过低，引起加工硬化、残余内应力等；形成带状组织使性能变坏。§9-4碳钢的分类按含碳量分类低碳钢中碳钢高碳钢按质量分类普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢按用途分类碳素结构钢碳素工具钢9-4-1碳钢牌号和用途普通碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢9-4-2普通碳素结构钢牌号和用途Q+数字表示牌号,Q235表示屈服点是235MPa,Q235-A·F,表示屈服点为235的A级沸腾钢。制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等9-

8、4-3优质碳素结构钢牌号和用途两位数字表示钢材中的平均含碳量的万分数的数字,20钢表示平均含碳量为0.20%,15Mn：表示钢材中的含锰量比较高。08、08F、10、10F钢，塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具