工程材料—金属材料的结构与组织.ppt

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1、第1章材料的结构与性能材料科学与工程学院本节重点晶体学基本概念三种常见金属的晶体结构特征立方晶系的晶向指数和晶面指数的标定点缺陷的类型位错的类型及其特征1.1金属材料的结构与性能1.1.1纯金属的晶体结构1.1金属材料的结构与性能晶体非晶体金属的结构晶态非晶态SiO2的结构常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。固体是指原子呈规则排列的固体。是指原子呈无序排列的固体。1.1.1纯金属的晶体结构●晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（原子中心）称结点。由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。●晶胞：能代表晶格原子排列规律的

2、最小几何单元。晶格与晶胞晶体的基本概念晶系：立方六方四方菱方正交单斜三斜晶格常数：晶胞个边的尺寸a、b、c。各棱间的夹角用、、表示。根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：a=b=c，===90六方晶系：a1=a2=a3c，==90，=120晶体的基本概念原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。配位数及致密度：配位数是指晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。晶体的基本概念1.三种常见的金属晶体结构体心立方点阵BCCα-F

3、e,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W面心立方点阵FCCγ-Fe,Al,Ni,Pb,Cu,Ag,Au密排六方点阵HCPBe,Mg,Zn,Cd,Zr,Hf,低温Tin=8×1/8+1=2a）晶胞中的原子数b）点阵常数与原子半径原子半径：密排最邻近两原子间距的一半α-Fe,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W体心立方点阵（BCC）：CNbcc=8单位晶胞中原子所占有的体积Vs单位晶胞的体积Vcc）致密度（APF)=d）配位数（CN）：晶体结构中，任一原子周围最近邻且等距的原子数。体心立方点阵（BCC）：α-Fe,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W体心立方晶胞中的空隙位置八面体间隙间隙半径为0.154R<10

4、0>0.633R<110>四面体间隙间隙半径为0.291R体心立方点阵（BCC）：α-Fe,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wn=8×1/8+6×1/2=4面心立方点阵（FCC）CNfcc=12γ-Fe,Al,Ni,Pb,Cu,Ag,Au面心立方点阵（FCC）八面体间隙间隙半径为0.414R四面体间隙间隙半径为0.225R面心立方晶胞中的空隙位置γ-Fe,Al,Ni,Pb,Cu,Ag,Au密排六方点阵（HCP）n=12×1/6+2×½+3=6理想状态，c/a=1.633时，a=2RCNhcp=12Be,Mg,Zn,Cd,Zr,Hf,低温TiFe淬火时发生固态相变FCC→BCC，导致体积膨胀；C

5、在γ-Fe（FCC）中的溶解度远大于α-Fe（BCC）。三种典型金属结构的晶体学特点2.金属晶体中的晶面和晶向晶体中各方位上的原子面称晶面。各方向上的原子列称晶向。表示晶面的符号称晶面指数。表示晶向的符号称晶向指数。阵点坐标abc（x1,y1,z1）,(x2,y2,z2)二点连线的晶向指数：[x2-x1,y2-y1,z2-z1]*指数看特征，正负看走向求法：1）确定坐标系2）过坐标原点，作直线与待求晶向平行；3） 在该直线上任取一点，并确定该点的坐标（x，y，z）4）将此值化成最小整数u，v，w并加以方括号[uvw]即是。abc[110][111][100][011][010][110]-

6、[210][101]（代表一组互相平行，方向一致的晶向）1）晶向指数求法：1）确定坐标：按晶格定向方式2）求截距：晶面与三轴的截距，m(a),n(b),p(c)；3）取倒数：1/m,1/n,1/p4）互质化：加括号，记为（hkl）2）晶面指数(112)(111)(110)(001)不能将坐标原点选在待定的晶面上；若晶面与坐标轴平行，则截距为无穷大；若有负号，表示在数字上方。(111)(hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别用和{hkl}表示。3）晶面族与晶向族说明：①在立方晶系中，指数相同的晶面与

7、晶向相互垂直。②遇到负指数，“-”号放在该指数的上方。--③晶向具有方向性，如[110]与[110]方向相反。XZY(221)[221][110][110]3）晶面族与晶向族4）晶面及晶向的原子密度体心立方晶格中，原子密度最大的晶面族为{110}，称密排面；在面心立方晶格中，密排面为{111}。不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上的原子排列方式和排列紧密程度是不一样的。体心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度体心立方