工程材料与成形技术基础第2版教学课件ppt作者庞国星第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2第一节金属的晶体结构课件.ppt

第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图 第一节纯 金属的晶体结构 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、晶体学的基本知识 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。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 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? 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。 二、常见金属的晶格类型 体心立方晶格(BCC) 面心立方晶格(FCC) 密排六方晶格(HCP) 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： ⑴ 确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。 ⑵ 取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为（hkl）。 例一、求截距为1,?,?晶面的指数。 截距值取倒数为1,0,0，加圆括弧得（100） 例二、求截距为1，2，3晶面的指数。 取倒数为1，1/2，1/3，化为最小整数加圆括弧得(632) 例三、画出（221）晶面。 2、晶向指数 表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为： ⑴ 确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。 ⑵ 求直线上任一点的坐标值 并按比例化为最小整数，加 方括弧。形式为[uvw]。 例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1，1.5，2，求该直线的晶向指数。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得[234]。 例二、已知晶向指数为[110]，画出该晶向。 找出1，1，0坐标点，连接原点与该点的直 线即所求晶向。 那些指数虽然不同，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uvw表示。 立方晶系常见的晶面为： {110} 立方晶系常见的晶向为： 111 说明： ① 在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。 ② 遇到负指数，“-”号放在该指数的上方。 面心立方晶格与密排六方晶格密排面的堆垛顺序 密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB… 面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC… 四、实际金属的晶体结构 1、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。 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 晶格的不完整部位称晶体缺陷。 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。 间隙原子可以是基体金属原子，也可以是外来原子。 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 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是刃型位错。 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“?”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“?”表示。 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 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5~10个原子间距，