机械工程材料及成型工艺第二章

机械工程材料及成型工艺第二章第1页，课件共29页，创作于2023年2月一、金属的晶体结构（理想金属的晶体结构）

晶体——

材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。非晶体

：蜂蜡、玻璃等。晶体金刚石、NaCl、冰

等。

非晶体——

原子无规则堆积，也称为“过冷液体”。液体1.

晶体的概念第2页，课件共29页，创作于2023年2月2.金属晶体的特性（1）有确定的熔点熔点晶体非晶体时间温度晶体和非晶体的熔化曲线第3页，课件共29页，创作于2023年2月（2）各向异性不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象XYZXYZ第4页，课件共29页，创作于2023年2月3.原子（离子）的刚球模型原子中心位置●晶体结构第5页，课件共29页，创作于2023年2月晶胞点阵（晶格）模型第6页，课件共29页，创作于2023年2月晶胞XYZabc晶格常数a，b，c

第7页，课件共29页，创作于2023年2月三种常见的金属晶体结构（1）体心立方晶格bcc-Fe、W、V、Mo等。第8页，课件共29页，创作于2023年2月体心立方晶胞晶格常数：a=b=c；

===90晶胞原子数：原子半径：致密度：0.68致密度=Va/Vc，其中Vc:晶胞体积a3Va:原子总体积2

4r3/3XYZabc2r2raa2第9页，课件共29页，创作于2023年2月（2）面心立方晶格（fcc）-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等。第10页，课件共29页，创作于2023年2月面心立方晶胞晶格常数：a=b=c；

===90晶胞原子数：原子半径：致密度：0.74XYZabc密排方向4第11页，课件共29页，创作于2023年2月（3）密排六方晶格hcpC（石墨）、Mg、Zn等底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角90晶胞原子数：6原子半径：a/2致密度：0.74第12页，课件共29页，创作于2023年2月4.金属晶体中的晶面和晶向XYZabc晶面：通过原子中心的平面晶向：通过原子中心的直线所指的方向XYZabc第13页，课件共29页，创作于2023年2月●基本概念：合金、合金系、合金化、组元、相、组织；●合金的相结构：固溶体和金属化合物。5.合金的晶体结构第14页，课件共29页，创作于2023年2月组元与相的概念组元：组成合金的独立的最基本单元。例如：元素、稳定化合物。如，Fe-C合金中，Fe、C均为组元。相：化学成分和晶体结构相同，且有界面与其它部分分开的均匀组成部分。合金中有两类基本相——

固溶体和化合物。第15页，课件共29页，创作于2023年2月金属材料的组织组织（显微组织）:指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌;组织由相构成;观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式;金属材料性能由组织决定;而组织由化学成分和工艺过程决定。Fe-Mn-Si合金变形后时效Fe-Mn-Si合金直接时效

第16页，课件共29页，创作于2023年2月固溶体固溶体概念：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。固溶体的分类：根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置不同；根据溶解度；根据溶质原子在溶剂晶格中的排列是否规则。

第17页，课件共29页，创作于2023年2月固溶体类型ZXY间隙原子间隙固溶体置换固溶体置换原子YXZ第18页，课件共29页，创作于2023年2月固溶强化：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。正常晶格晶格畸变第19页，课件共29页，创作于2023年2月晶格畸变小原子置换引起的晶格畸变间隙原子引起的晶格畸变第20页，课件共29页，创作于2023年2月金属化合物化合物类型：合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相。正常价化合物——

按化合价规律形成，如，Mg2Si。间隙化合物——

过渡金属+小半径非金属元素。电子化合物——

按电子浓度规律形成，如，Cu3Al。{间隙相

r非/r金

0.59，如，WC、TiC、VC复杂结构的间隙化合物

r非/r金

0.59如，Fe3C、Cr23C6间隙化合物熔点高、硬度高，脆性大。第21页，课件共29页，创作于2023年2月6.实际金属中的晶体缺陷实际金属晶体结构与理想结构偏离的区域单晶体：内部晶格位向完全一致

的晶体（理想晶体）。如单晶Si半导体。多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。晶粒（单晶体）第22页，课件共29页，创作于2023年2月晶体缺陷类型（1）点缺陷：空位、间隙原子、置换原子（2）线缺陷：位错（3）面缺陷：晶界与亚晶界第23页，课件共29页，创作于2023年2月（1）点缺陷如果间隙原子是其它元素就称为异类原子（杂质原子）空位间隙原子第24页，课件共29页，创作于2023年2月（2）线缺陷——

刃型位错与螺型位错刃位错刃位错形变强化（加工硬化、冷作硬化）：金属在塑性变形时，随着变形程度的增加，出现强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象。第25页，课件共29页，创作于2023年2月螺型位错第26页，课件共29页，创作于2023年2月（3）面缺陷晶粒（单晶体）晶界第27页，课件共29页，创作于2023年2月亚晶界亚晶界面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。细晶强化：通过细化晶粒以提高材料强度的方法。

第28页，课件共29页，创作于2023年2月小结重点

1.晶体结构的基本概念：晶体，晶格，晶胞，三种常见的金属晶格。