第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图教材课件.ppt

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1、第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图金属的性能取决于组织，组织取决于成分与加工工艺。因此，必须研究金属与合金的内部组织结构及他们与成分、温度及加工方法等因素之间的相互关系。金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的，称为金属键。金属原子趋向于紧密排列。金属具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。一、晶体的基本概念1、晶体与非晶体晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性和固定熔点特性。非晶体是指原子呈无序排列的固体(玻璃、石蜡、松香等）。非晶体具有各向同性、没有固定的熔点。在一定条件

2、下晶体和非晶体可互相转化。金属的结构晶态非晶态Si2O的结构第一节纯金属的晶体结构2、晶格与晶胞晶格：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（即原子中心）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最小几何单元.晶体晶格晶胞示意图晶格常数：晶胞各边的尺寸a、b、c。各棱间的夹角用、、表示。3、晶系：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

3、立方六方四方菱方正交单斜三斜4、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。5、晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。6、配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。7、致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。致密度越大，原子排列越紧密。因此，当晶体从面心立方晶格转变为体心立方晶格时，由于致密度减小而体积膨胀。8、晶面：在金属晶体中，经过一系列原子所构成的平面。9、晶向：通过两个以上原子的直线，表示某一原子在空间的位置。10、晶面（晶向）指数：表示不同位相的晶面或晶向的符号。(111);[110]二、常见金属的晶格

4、类型体心立方晶格(BCC)体心立方晶格(BCC)晶胞原子个数：2致密度：0.68致密度=Va/Vc，其中Vc:晶胞体积a3Va:原子总体积24r3/3常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等晶格常数：a(a=b=c)原子半径：面心立方晶格(FCC)晶胞原子个数：4致密度：0.74常见金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb等晶格常数：a面心立方晶格(FCC)密排六方晶格(HCP)原子个数：6致密度：0.74常见金属：Mg、Zn、Be、Cd等晶格常数：底面边长a和高c，c/a=1.633密排六方晶格(HCP)三、实际金属的晶体

5、结构1、单晶体和多晶体单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。多晶体：晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。变形金属晶粒尺寸约1~100m，铸造金属可达几mm。沿晶断口铅锭宏观组织晶界：晶粒之间的交界面。晶粒越细小，晶界面积越大。多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。2、晶体缺陷及其与性能之间的关系晶格的不完整部位称晶体缺陷。光学金相显示的纯铁晶界实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类：⑴点缺陷①空位：晶格中某些缺排原子的空结点。②间隙原子：挤进晶格间隙中的原子称间隙原子。间隙原

6、子可以是基体金属原子，也可以是外来原子。面心立方的四面体和八面体间隙体心立方的四面体和八面体间隙③置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而强度、硬度提高，塑性、韧性下降。空位间隙原子小置换原子大置换原子刃型位错螺型位错⑵线缺陷—晶体中的位错位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。有刃型位错和螺型位错两种类型。刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就

7、是刃型位错。半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ㅗ”表示。半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ㅜ”表示。螺形位错位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。=S/V(cm/cm3或1/cm2)金属中的位错密度为104~1012/cm2。位错对性能的影响：金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。从-关系可以看出，减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。电子显微镜下的位错透射电镜下钛合金中的位错线(黑线)高分辨率电镜下的刃位错（白点为原子）⑶面缺陷—晶界与亚晶界晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~

8、10个原子间距，位向差一般为20~40°。亚晶粒大角度和小角度晶界位错壁亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小（10’~2°)的小晶块。亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。晶界的特点：①原子排列不规则。②熔点低。③耐蚀