金属的晶体结构

1、,1.1 金属材料的结构与组织 1.2 金属材料的性能 1.3 高分子材料的结构与性能 1.4 陶瓷材料的结构与性能,第1章 材料的结构与性能,1.1.1纯金属的晶体结构 1.1.2合金的晶体结构 1.1.3金属材料的组织,1.1 金属材料的结构与组织,0晶体的概念、晶体结构 1三种常见的晶体结构 2晶面 和 晶向 3金属晶体的特性 4晶体缺陷,1.1.1 纯金属的晶体结构,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 原子无规则堆积，也称为 “过冷液体” 。, 晶体的概念,原子（离子）的刚球模型, 晶体结构,点阵（晶格）模型,晶胞,X,Y,Z,a,b,c,晶格常数

2、a，b，c,1三种常见的金属晶体结构,（1）体心立方晶格bcc （2）面心立方晶格fcc （3）密排六方晶格hcp,（1）体心立方晶格 bcc,-Fe、W、V、Mo 等,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a3 Va:原子总体积24r3/3,X,Y,Z,a,b,c,2r,2r,a,a,2,（2）面心立方晶格 fcc,-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag 等,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：0.74,X,Y,Z,a,b,c,密排方向,4,（3）密排六方晶

3、格 hcp,C（石墨）、Mg、Zn 等,晶格常数 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. 74,2. 金属晶体中的晶面和晶向,X,Y,Z,a,b,c,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,3. 金属晶体的特性,（1）有确定的熔点,熔点,晶体,非晶体,（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,X,Y,Z,4. 实际金属中的晶体缺陷,实际金属晶体结构与理想结构的偏离,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。,晶体缺陷类

4、型,（1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子 （2）线缺陷：位错 （3）面缺陷：晶界与亚晶界,（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,（2）线缺陷 刃位错与螺位错,刃位错,刃位错,螺位错,（3）面缺陷,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。, 组元与相的概念 固溶体 金属化合物,1.1.2 合金的晶体结构,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

5、和 化合物,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。如，Fe(C)固溶体。,溶解度概念,固溶体类型,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,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,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、C

6、r23C6,间隙化合物 熔点高、硬度高，脆性大。,1.1.3 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。,1.2.1工艺性能 1.2.2机械性能 1.2.3理化性能,1.2 金属材料的性能,铸造性能：流动性、收缩性、偏析,1.2.1 工艺性能,热处理性能：淬透性,锻造性能：塑性、变形抗力,焊接性能：焊接性、碳当量,切削性能：表面粗糙度、刀具寿命,强度、塑性、硬度、疲劳强度、断裂韧性,1.2.2 机械性能,1.2.3 理化性能, 物理性能： 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。, 化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性。,本章小结,本章重点 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。单晶体，晶粒，多晶体。 固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化及其实际应用 3. 相和组织的概念。,一般要求 1. 晶面，晶向，晶格常数，晶格的