《工程材料第2版 教学课件 ppt 作者 崔占全 孙振国 第三节,材料的结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料第2版 教学课件 ppt 作者 崔占全 孙振国 第三节,材料的结构（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三节 金属材料的结构与性能,一、纯金属的晶体结构 （一）晶体的基本概念, 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）称结点或阵点。由阵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。,1、晶格与晶胞,晶格与晶胞,2 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,晶格常数：晶胞个 边的尺寸 a、b、c。各 棱间的夹角用、 表示。,3 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
2、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。,1. 体心立方晶格,二、常见金属的晶格类型,体心立方结构 (b.c.c),晶胞原子数 2,原子半径：,体心立方晶格中与任一原子处于相等 距离并相距最近的原子数为8 所以体心立方晶格的配位数为8,晶胞体积为a3， 晶胞内含有2个原子， 所以它的致密度是：,已知： 体心立方结构的原子半径,体心立方晶格,原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 属于该类晶格的常见金属有-Fe(1400oC)、Cr、W、Mo、V等,晶格常数：a(a=b=c),原
3、子半径：,面心立方结构(f.c.c),晶胞原子数 4,原子半径：,致密度：,0.74,原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等,晶格常数：a,面心立方晶格,3 密排六方结构 (h.c.p),原子个数：6 配位数： 12 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,三、立方晶系晶面、晶向表示方法,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。 1. 晶面指数 表示晶面的符号称晶面指数。 其确定步骤为： (1) 选坐标，以晶格中某一原子为原点（注意
4、不要把 原点放在所求的晶面上），以晶胞的三个棱边作为三 维坐标的坐标轴。,(2) 以相应的晶格常数为单位，求出待定晶面在三个轴上的截距。 (3) 求三个截距的倒数。 (4) 将所得数值化为最小整数，加圆括弧，形式为(hkl)。,(1) 确定原点，建立 坐标系，过原点作所 求晶向的平行线。 (2) 求直线上任一点 的坐标值。 (3) 按比例化为最小 整数,加方括弧。形式 为uvw。,2. 晶向指数 表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为：, 晶面族与晶向族 (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hkl和表示。
5、,说明： 在立方晶系中，指数 相同的晶面与晶向相互 垂直。 遇到负指数，“-”号 放在该指数的上方。,221,110,（四）、金属的实际结构与晶体缺陷,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。,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。,1. 点缺陷 空间三维尺寸都 很小的缺陷。,空位 间隙原子 置换原子,2. 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。分为刃型位错
6、和螺型位错。,刃型位错和螺型位错,刃位错的形成,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 原子面的边缘就是刃型位错。 位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。,3. 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510个原 子间距，位向差一般为2040。,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。,二、合金的相结构,合金是指由两种或两种 以上元素组成的具有金属 特性的物质。 组成合金的元素可以是 全部是金属，也可是金属 与非金属。 组成合金的元素相互作
7、 用可形成不同的相。,所谓相是指物质中凡成分均 匀、结构相同、原子聚集状态 相同并与其它部分有界面分开 的均匀组成部分。 显微组织实质上是指在显微 镜下观察到的金属中各相或各 晶粒的形态、数量、大小和分 布的组合。 固态合金中的相分为固溶体 和金属化合物两类。,（一） 固溶体 合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固,1. 固溶体的分类 按溶质原子所处位置 分为置换固溶体和 间隙固溶体。,相称固溶体。习惯以、表示,按溶解度可分为有限固溶体和无限固溶体。 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的 称有序固溶体。,2. 固溶体的性能 随溶质含量增加, 固溶体 的强度、硬度增加, 塑性、
8、韧性下降固溶强化。 产生固溶强化的原因是 溶质原子使晶格发生畸变 及对位错的钉扎作用。,与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧 性低。但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和 韧性则要高得多。,（二） 金属化合物 合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同 的固相称金属化合物。金属化合物一般具有较高的熔 点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。,1. 正常价化合物符合正常原子价规律。如Mg2Si 2. 电子化合物符合电子浓度规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与原子数的比值。 3. 间隙化合物由过渡族元素与C、N、B、H等小原子半径的非金属元素组成。,(1). 间隙相：r非/r金0.59时形 成的具有简单晶格结构 的间隙化合物。 间隙相具有金属特征和极高的硬度及熔点，非常稳定。 部分碳化物和所有氮化物属于间隙相。,(2). 具有复杂结构的间隙化合物 当r非/r金0.59时形成复杂结构间隙化合物。 如FeB、Fe3C、Cr23C6等。,Fe3C称渗碳体，是钢中重要组成相，具有复杂正交结构。,
