金属材料的结构与结晶演示教学.ppt

《金属材料的结构与结晶演示教学.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、金属材料的结构与结晶二、晶体结构的概念实际晶体中的各类质点在不停的运动，讨论晶体结构时，常把原子看成一个固定的小球，这些原子小球按一定的几何形状在空间紧密堆积（图2-1a）。图2-1简单立方晶格与晶胞示意图（一）晶格与晶胞1.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。晶体中原子作周期性规则排列，可在晶格内取一个代表晶格特征的，由最少数目原子构成的最小结构单元表示晶格，称为晶胞（图2-1c）。2.晶胞：反映晶格特征的最小单元。晶胞能反映晶格特征，晶格性质的研究，可转化为研究晶胞性质的问题。为描述晶体内部原子排列规律，将每个原子视为一个几何质点，并用一些假想几何线条将各质点连接

2、起来，形成一个空间几何格架（图2-1b）。（三）晶面和晶向晶体中通过原子中心的平面，称为晶面。通过原子中心的直线，代表一定的方向，称为晶向。（二）晶格参数：晶胞棱边的长度和棱边夹角α、β、γ。（图2-1c）棱边长度单位Å，1Å=10-10m当三个晶格参数a=b=c，三个轴间夹角α=β=γ=90º时，称为简单立方晶格。立方晶格中的某些晶面100面110面111面立方晶格中的某些晶向111向110向在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密不同，因此原子结合力也就不同，从而在不同的晶面和晶向上显示出不同的性能，这就是晶体具有各向异性的原因。三、金属的三种典型的晶体结构及其特性参数金

3、属中常见的晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。1.体心立方晶格：晶胞为立方体，在立方体的八个角上和晶胞中心各排列一个原子。（图2-4）图2-4体心立方晶格的晶包示意图体心立方晶胞中的原子数为1+8×1/8=2个。体心立方晶格类型的金属有室温下的Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等。晶胞中原子占有的体积与晶胞体积的比值称为晶格的致密度。体心立方晶格的致密度为0.68，表明在体心立方晶格中有68%的体积被原子所占有，其余为空隙。2.面心立方晶格：晶胞为立方体，在立方体的八个角上和六个面中心各排列一个原子。（图2-5）面心立方晶胞中的原子数为1/8×8+1/2×6=4

4、个。属于面心立方晶格类型的金属有Cu、Al、Ni、Ag、Pb、γ－Fe（912~1394℃的铁）等。致密度0.74。图2-53.密排六方晶格：晶包是六方体，在柱体的每个角上和上下底面中心均排列一个原子，晶胞中间还排列三个原子。（图2-6）密排六方晶胞中的原子数为1/6×12+3+1/2×2=6个。密排六方晶格的金属有Mg、Zn、Be等。致密度0.74。图2-6三种典型晶体结构的晶格特性参数如表2-1所示。各种金属因其晶格结构不同，而具有不同的性能。同一晶格类型的金属，因其晶格参数不同，而存在性能上的差异，又因晶格类型相同而具有一些相近的性能。如：体心立方晶格的金属一般具有较好的

5、塑性，密排六方晶格的金属一般较脆，面心立方晶格的金属的塑性一般优于体心立方等。四、实际金属的晶体结构（一）单晶体与多晶体1.单晶体：一块金属内部的晶格位向完全一致。金属单晶体只能靠特殊方法制得，具有各向异性。2.多晶体：由许多晶格位向不同的微小晶粒组成。每个小晶粒都相当于一个单晶体。3.晶界:晶粒与晶粒之间的界面。（图2-7）多晶体由于各晶粒方位不同，晶体的性能在各个方向相互补充和抵消，宏观显示出各向同性，亦称为“伪无向性”。图2-8晶格点缺陷示意图图2-7多晶体示意图（二）晶体缺陷1．点缺陷：空位和间隙原子。（图2-8）空位和间隙原子使晶格发生扭曲，称为晶格畸变。晶格畸变将使

6、晶体性能发生改变，如强度、硬度和电阻增加。2.位错（线缺陷）:晶体中一列或数列原子发生有规律错排的现象。最常见的就是刃型位错。刃位错示意图三维图平面图在平面ABCD上方，多出半个原子面EFGH,如同刀刃插入晶体，称为刃位错。螺型位错在位错附近区域，晶格发生的畸变。位错的特点之一是很容易在晶体中移动，金属材料的塑性变形通过位错运动来实现的。3.晶界和亚晶界（面缺陷）实际金属是一个多晶体结构。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。晶界处的原子排列不规则，原子处于不稳定状态。一个晶粒内部，有更细小的晶块，其晶格位向差很小，通常小于2º～3º，这些小晶块称为亚晶粒。亚晶粒之间的界面称为亚晶界。

7、亚晶界原子排列也不规则。晶界过渡结构示意图亚晶界示意图晶体中存在点、线、面缺陷，都会造成晶格畸变，引起塑变抗力的增加，使金属强度提高。五、合金的晶体结构1.合金：两种或两种以上的金属元素或金属和非金属元素组成的具有金属性质的物质。例:黄铜是铜和锌的合金；碳钢是铁和碳的合金。合金一般具有比组成该合金的金属更高的力学性能。例：钢比纯铁有更高的强度和硬度。2.组元：组成合金的最基本的独立物质。例：黄铜中铜和锌都是组元。组元可以是金属、非金属或稳定的金属化合物。（一）合金的基本概念3.相：合金中具有