三章合金的晶体结构与结晶ppt课件.ppt
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1、第二章 金属的晶体结构与结晶 第一节 金属与合金的晶体结构 v内容: 金属的晶体结构 合金的晶体结构 实际金属的晶体结构 v目的: 掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺性能的影 响,为后续课程的学习做好理论知识的准备 一、晶体的基本知识 (一)、晶体与非晶体 固态物质按其原子(或分子)聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。 纯铁纯铜 纯铝 晶体 玻璃沥青 松香 非晶体 第一节 金属与合金的晶体结构 1、晶格 抽象的、用于描述 原子在晶体中排列形式 的几何空间格架,简称 晶格。 2、晶胞 只从晶格中,选取 一个能够完全反映晶格 特征的、最小的几何单 元来分析晶体中原子排 列的规律,这
2、个最小的 几何单元称为晶胞 (二)、晶格、晶胞、晶格常数 第一节 金属与合金的晶体结构 3、晶格常数 以棱边长度 和棱面夹角 来表示晶胞的形状和大小 。 第一节 金属与合金的晶体结构 (三)、金属中常见晶格 由于金属键结合力较强,是金属原子总趋于紧密排列的倾向, 故大多数金属属于以下三种晶格类型。 1、体心立方晶格(bbc) 第一节 金属与合金的晶体结构 晶胞原子数 2原子半径: 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 第一节 金属与合金的晶体结构 原子个数:2 致密度:0.68 属于该类晶格的常见金属有-Fe(1400oC)、Cr、W、Mo、
3、V等 晶格常数:a(a=b=c) 原子半径: 第一节 金属与合金的晶体结构 2、面心立方晶格(fcc) 第一节 金属与合金的晶体结构 晶胞原子数 4 原子半径: 致密度:0.74 第一节 金属与合金的晶体结构 3、密排六方晶格 第一节 金属与合金的晶体结构 a 2 1 r = :原子半径 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 v 密排六方晶格 第一节 金属与合金的晶体结构 三种典型的金属晶格类型 体心立方晶格 面心立方晶格 密排立方晶格 铬、钨、钼、钒等 铝、铜、铅、金等 镁、锌、铍、镉、钛等 第一节 金
4、属与合金的晶体结构 二、实际金属的晶体结构 单晶体:其内部晶格方位完 全一致的晶体。 多晶体:由多晶粒组成的晶体结构 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. 第一节 金属与合金的晶体结构 单晶体的各向异性 v 同一晶体的不同晶面和晶向上的性能不同 铁的单晶体及其各方向上弹性模量 (E)示意图 第一节 金属与合金的晶体结构 第一节 金属与合金的晶体结构 三、晶体的缺陷 晶体内部的某些局部区域,原子的规则排列受到干 扰而破坏,不象理想晶体那样规则和完整。把这些区域 称为晶体缺陷。这些缺陷的存在,对金属的性能(物 理性能、化学性能、机械性能)将产生显著影响,如钢
5、的耐腐蚀性,实际金属的屈服强度远远低于通过原子间 的作用力计算所得数值。 根据晶体缺陷的几何形态特征,可将其分为以下三类 :点缺陷、线缺陷和面缺陷。 第一节 金属与合金的晶体结构 1、点缺陷空位和间隙原子 在实际晶体结构中,晶格的某些结点,往往未被原子所占据, 这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的 原子,这种不占有正常的晶格位置,而处在晶格空隙之间的原子 称为间隙原子。 l空位 l间隙原子 l置换原子 第一节 金属与合金的晶体结构 由于空位和间隙原子的存在 ,使晶体发生了晶格畸变,晶体 性能发生改变,如强度、硬度和电阻增加。 晶体中的空位和间隙原子处于不断地运动和变化之中,
6、在一 定温度下,晶体内存在一定平衡浓度的空位和间隙原子,空位和 间隙原子的运动,是金属中原子扩散的主要方式,对金属材料的 热处理过程极为重要。 第一节 金属与合金的晶体结构 2、线缺陷位错 线缺陷是指在一个方向上尺寸较大,而在另外两个方 向上尺寸很小的缺陷,呈线状分布,其具体形式是各种类 型的位错。较简单的一种是“刃型位错”. 第一节 金属与合金的晶体结构 刃位错的形成 刃位错滑移_立体图 第一节 金属与合金的晶体结构 第一节 金属与合金的晶体结构 地毯挪动 第一节 金属与合金的晶体结构 第一节 金属与合金的晶体结构 3、面缺陷晶界和亚晶界 实际金属材料是多晶体材料,则在晶体内部存在着大量的晶
7、界和亚晶 界。晶界和亚晶界实际上是一个原子排列不规则的区域,该处晶体的晶 格处于畸变状态,能量高于晶粒内部,在常温下强度和硬度较高,在高 温下则较低,晶界容易被腐蚀等。 第一节 金属与合金的晶体结构 四、合金的相结构 由于组元间相互作用不同,固态合金的相结构可分为固溶体和金属化 合物两大类。 1、固溶体 合金在固态下,组元间能够互相溶解而形成的均匀相称为固溶体。 第一节 金属与合金的晶体结构 不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶 体的晶格发生畸变,使塑性变形抗力增大,结果使金属材料的强度、硬 度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体,使金属材料的强度、硬度 升高的现象,称
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