《金属金属学及热处理-第一章 材料结构与性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属金属学及热处理-第一章 材料结构与性能（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、金属学及热处理 Metallography & Heat Treatment,第一章 金属材料的结构与性能,第一章 内容提纲,1.1 金属材料的结构与组织 纯金属的晶体结构三种常见的金属晶体结构、金属晶体中的晶面和晶向、金属晶体的特性、实际金属中的晶体缺陷 合金的晶体结构 金属材料的组织 1.2 金属材料的性能 金属材料的工艺性能 金属材料的机械性能 金属材料的理化性能,1.1 金属材料的结构与组织,金属材料的化学成分不同，其性能也不同。但是对于同一种成分的金属材料，通过不同的加工处理工艺，改变材料内部的组成结构，也可以使其性能发生极大的变化。也就是说，除化学成分外，金属的内部结构和组织状态也
2、是决定金属材料性能的重要因素，这促使人们致力于金属及合金内部结构的研究，以寻求改善和发展金属材料的途径。,1.1.1 纯金属的晶体结构,一、金属 1、金属的定义 传统定义：金属是具有良好的导电性、导热性、延展性（塑性）和金属光泽的物质。？ 传统定义的否定依据：金属锑(Sb)并不具有良好的延展性，金属铈(Ce)和镨(Pr)的导电性还不如某些非金属元素（如石墨）。 严格定义：金属是具有正的电阻温度系数的物质。,1.1.1 纯金属的晶体结构,2、金属的特性 良好的导电和导热性 正的电阻温度系数，绝大多数金属具有超导性能 良好的反射能力，不透明性及金属光泽 良好的塑性变形能力 3、金属元素分类 简单金
3、属元素 过渡族金属元素,1.1.1 纯金属的晶体结构,1.1.1 纯金属的晶体结构,二、晶体结构的定性描述 1、晶体及其特征 晶体：内部质点（原子、分子或离子）在三维空间有规则的周期性重复排列的固体。 特征： 自范性:晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外形能力的性质,又称为自限性。 均一性:指晶体在任一部位上都具有相同性质的特征。 各向异性:在晶体的不同方向上具有不同的性质。 对称性:指晶体的物理化学性质能够在不同方向或位置上有规律地出现,也称周期性。 最小内能和最大稳定性,1.1.1 纯金属的晶体结构,2、晶体结构与空间点阵 晶体结构：晶体中质点（原子、离子或分子）规则排列的方式。 晶格（
4、点阵）：把晶体中质点（的中心用直线连起来构成的空间格架。 结点（阵点）：质点的平衡中心位置 晶胞：能够反应晶格特征的最小组成单元，它在三维空间的重复排列构成晶格，其基本特性反应晶体结构特点。,1.1.1 纯金属的晶体结构,晶体的周期性：整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的，结点间的距离称为该方向上晶体的周期。同一晶体不同方向的周期不一定相同。,1.1.1 纯金属的晶体结构,3、晶胞与晶胞参数 晶胞：能够反应晶格特征的最小组成单元,晶胞参数： 晶格常数(点阵常数)：晶胞棱边长度 a、b、c 轴间夹角：、,1.1.1 纯金属的晶体结构,晶胞选取原则 单元应能充分表示出晶体的
5、对称性； 单元的三条相交棱边应尽量相等，或相等的数目尽可能地多； 单元的三棱边的夹角要尽可能地构成直角； 单元的体积应尽可能地小。,1.1.1 纯金属的晶体结构,4、晶系及点阵类型晶格特征参数确定之后，晶胞和由它表示的晶格也随之确定，方法是将该晶胞沿三维方向平行堆积即构成晶格。空间点阵中所有阵点的周围环境都是相同的，或者说，所有阵点都具有等同的晶体学位置。布拉菲（Bravais）依据晶格特征参数之间关系的不同，把所有晶体的空间点阵划归为7类，即7个晶系。按照阵点（结点）在空间排列方式不同，有的只在晶胞的顶点，有的还占据上下底面的面心，各面的面心或晶胞的体心等位置，7个晶系共包括14种点阵，称为
6、布拉菲点阵（Bravais lattice ）。,布拉菲点阵的结构特征 （the structural feature of Bravais lattice ）,1.1.1 纯金属的晶体结构,三、三种常见的金属晶体结构,1.1.1 纯金属的晶体结构,1、体心立方晶格 （Body-Centered Cubic Lattice, B.C.C.)常见的具有体心立方晶格的金属钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、- 铁(- Fe， rE,1.1.1 纯金属的晶体结构,2、面心立方晶格（Face-Centered Cubic Lattice, F.C.C.)常见的具有面心立方晶格的金属铝(Al)、铜(Cu)、
7、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、- 铁(- Fe， 9121394 ）等面心立方晶胞(a)刚球模型;(b)晶胞;(c)晶胞原子数,1.1.1 纯金属的晶体结构,F.C.C.晶胞特征： 晶胞参数：abc，90o 晶胞原子数：nFCC4 （1/881/264） 原子半径： 配位数：NFCC12 致密度（密排系数）：,1.1.1 纯金属的晶体结构,F.C.C.晶胞晶体间隙,1.1.1 纯金属的晶体结构,四面体间隙：正四面体间隙（rF）or 八面体间隙：正八面体间隙（rE）orrF rE,1.1.1 纯金属的晶体结构,3、密排六方晶格（Hexagonal Close-Packed Lattice,
8、 H.C.P.）常见的具有面心立方晶格的金属镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等面心立方晶胞(a)刚球模型;(b)晶胞;(c)晶胞原子数,1.1.1 纯金属的晶体结构,H.C.P.晶胞特征： 晶胞参数：ab c，90o ,120o 晶胞原子数：nHCP4 （1/6121/2236） 原子半径： 配位数：NHCP12 致密度（密排系数）( ),1.1.1 纯金属的晶体结构,H.C.P.晶胞晶体间隙,八面体间隙,四面体间隙,1.1.1 纯金属的晶体结构,四面体间隙：正四面体间隙（rF）or 八面体间隙：正八面体间隙（rE）orrF rE,1.1.1 纯金属的晶体结构,思考： 钢淬火时体
9、积如何变化？为什么？提示：体积膨胀。原因：钢淬火时，A转变为M，A为F.C.C.结构，M为B.C.C.结构，而F.C.C.和B.C.C.的致密度分别为74%和68%。 -Fe中最多能容纳2.11%的C ，而-Fe中最多只能容纳0.0218%的C，为什么？提示：因为C常溶于八面体间隙中，-Fe和-Fe分别为F.C.C.晶格和B.C.C.晶格，二者的八面体间隙分别为0.414rFe和0.15rFe,1.1.1 纯金属的晶体结构,四、晶体结构的定量描述（晶面和晶向） 晶面：晶体学中通过原子中心的平面 晶向：通过原子中心的直线为原子列，其所代表的方向。（或任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。） 晶
10、面指数：表示晶面的参数 晶向指数：表征晶向的参数,1.1.1 纯金属的晶体结构,(一)立方晶系的晶向和晶面指数(密勒指数) 1、晶向指数 晶向指数的标定（以图中的晶向OA为例）,1.1.1 纯金属的晶体结构,a.设定一空间坐标系, 原点在欲定晶向的一结点上。 b.写出该晶向上另一结点的空间坐标值:1 0 0 c.将坐标值按比例化为最小整数：1 0 0 d.将化好的整数记在方括号内:1 0 0 得到晶向OA的晶向指数为1 0 0 OB、OC的晶向指数？110、111,1.1.1 纯金属的晶体结构,晶向指数的标记u v w：表示一组原子排列相同的平行晶向。u v w和u v w表示相互平行或为同一
11、原子列，但方向相反。 例如：1 0 1和 1 0 1 晶向族：原子排列情况相同而在空间位向不同(即不平行)的晶向的统称。 例如： 1 0 00 1 00 0 1 ？,1.1.1 纯金属的晶体结构,2、晶面指数 晶向指数的标定（以图中的晶面ABBA为例）,1.1.1 纯金属的晶体结构,a.设定一空间坐标系, 原点在欲定晶面外, 并使晶面在三条坐标轴上有截距或无穷大。 b.以晶格常数a为长度单位, 写出欲定晶面在三条坐标轴上的截距：1 c.截距取倒数：1 0 0 d.截距的倒数化为最小整数：1 0 0 e.将三整数写在圆括号内：(1 0 0) 得到晶向OA的晶向指数为(1 0 0) ACCA和AC
12、D 的晶面指数？(110)、(111),1.1.1 纯金属的晶体结构,晶面指数的标记(h k l)：表示一组原子排列相同的平行晶面 。(h k l)和(h k l)表示二者属于一组平行晶面。 例如：(1 1 0)和 (1 1 0) 晶面族：原子排列情况相同而在空间位向不同(即不平行)的晶面的统称。h k l 例如： 1 0 0 (1 0 0)(0 1 0)(0 0 1) 1 1 0？ 1 1 1？,1.1.1 纯金属的晶体结构,1 1 0(110)(101)(011)(110) (101)(011) 1 1 1(111)(111)(111)(111),111晶面族,晶面与晶向互相垂直,1.1.
13、1 纯金属的晶体结构,3、晶面和晶向的关系 u v w / (h k l) 时则：hukvlw0例如： 1 1 0 / (0 0 1) u v w (h k l)时则：uh，vk，wl例如：100 (100)，110 (110）111 (111),1.1.1 纯金属的晶体结构,（二）六方晶格的晶向和晶面指数,1.1.1 纯金属的晶体结构,1、四指数晶向和晶面 X1、 X2 、X3 和Z轴构成四指数坐标，对应晶格常数a1、a2、a3和c，且a1a2a3 c 晶向：u v t w，t（uv） 晶面：( h k i l )，i= （hk） 晶向、晶面的标定方法同三指数法 晶向族 ，晶面族h k i
14、l 2110 1210 1120（X轴） 1100(1100)(1010)(0110)（棱柱面） 前三指数可改变次序和符号，第四指数可变符号但不可变位置,1.1.1 纯金属的晶体结构,2、晶面和晶向的关系 u v t w 平行(h k i l)或在其内时则：hukvitlw0例如： 1120平行(0001) 或在其内 u v t w (h k i l)时则：uh，vk，ti，wl例如：0001 (0001),1.1.1 纯金属的晶体结构,（三）密排面和密排方向 密排面：晶体中原子排列最紧密的晶面 密排方向：晶体中原子排列最紧密的晶向 B.C.C.：密排面110，密排方向 F.C.C.：密排面111，密排方向 密排面和密排方向之间的原子间距最大，结合力最弱，因此晶体发生滑移塑性变形时，滑移面为晶体的密排面，滑移方向为晶体的密排方向。,
