第2章 材料的结构.ppt

1、第二章 材料的结构,第三章 材料的结构,了解晶体结构的基本概念；晶格的三种典型结构，实际金属晶体的三类缺陷。,结构：原子的排列方式和空间分布。 物质的聚集状态：气态、液态、固态 凝固：由液态转为固态的过程。 固体物质的结构形式：结晶体和无定形体（非晶体）,1、晶体和非晶体 1）晶体：原子在空间按一定几何规律周期性排列的有序结构，具有固定熔点和各向异性。 2）非晶体：内部原子无序排列，结构无序、各向同性、没有固定熔点、导热率和热膨胀小、塑性大、组成的变化很大。 3）相互转化：凝固方式,一、晶体结构的基本概念,第三章 材料的结构,晶格：将每个原子视为质点，用假想直线将各原子的振动中心连接起来构成空

2、间格架。这种用以描述原子在晶体中排列形式的空间格架称为晶格。,晶胞：晶格中最简单、最基本、最典型的空间几何体称为晶胞,它代表着晶格的结构形式。整个晶格就是由许多个大小、形状和位向相同的晶胞重复堆集而成的。,2、晶格和晶胞：,第三章 材料的结构,晶格参数：晶胞的棱边长度a、b、c和棱边夹角、（轴间夹角）。,晶格常数：晶胞中各棱边的长度，以埃(A)为单位，1A=10-10mm。通常数值在2.55.0A之间。,简单立方晶格,各种金属元素的主要差别就在于晶格类型和晶格参数的不同。,第三章 材料的结构,3、晶面和晶向：,晶面：晶体中各种方位上的原子面叫做晶面， 晶向：各种方向上的原子列叫做晶向。,金属的

3、许多性能都和晶体中的特定晶面和晶向有密切联系，为了便于研究和表述不同晶面和晶向上原子排列情况与特征，有必要给各种晶面和晶向规定一定的符号，这种符号分别叫做“晶向指数”和“晶面指数”。,第三章 材料的结构,（1） 晶面指数确定晶面指数的步骤如下：（1）设晶格中某一原子为原点，通过该点平行于晶胞的三棱边作OX、OY、OZ三坐标轴，以晶格常数a、b、c分别作为相应的三个坐标轴上的度量单位，求出所需确定的晶面在三坐标轴上的截距。（2）将所得三截距之值变为倒数。（3）再将这三个倒数按比例化为最小整数，并加上一圆括号，即为晶面指数，一般表示为（hkl）。在图2-7所示的立方晶格中，（100）、（110）、

4、（111）三种晶面最重要。应该注意的是，某一晶面指数并不只代表某一具体晶面，而是代表一组相互 平行的晶面，即所有相互平行的晶面都具有相同的晶面指数。另外，在同一种晶格中，有些晶面虽然在空间的位向不同，但其原子的排列情况完全相同，这些晶面均 属于一个晶面族，其晶面指数用大括号hkl表示,（2）晶向指数确定晶向指数的步骤如下：（1）通过坐标原点引一直线，使其平行于所求的晶向。（2）求出该直线上任意一点的三个坐标值。（3）将三个坐标值按比例化为最小整数，加一方括号，即为所求的晶面指数，其一般形式为uvw。在图2-8所示的立方晶格中，100、110、111三种晶向最重要。应该指出，晶向指数所表示的不仅

5、仅是一条直线的位向，而是一族平行线的 位向。即所有相互平行的晶向，都具有相同的晶向指数。另外，原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族，以uvw表示。,晶面指数的例子,第三章 材料的结构,晶向指数的例子,第三章 材料的结构,二、三种典型金属晶体晶格结构：体心立方、面心立方和密排六方晶格,由于每个角上原子均为其他相邻8个晶胞共有，所以其实际原子数为2。-Fe Cr等。,晶格的致密度：晶胞中原子所占有的体积与晶胞体积的比值。,体心立方晶格的致密度：0.68,1、体心立方晶格BBC（Body-Centered Cubic Crystal Structure ）,第三章 材料的结构,实际4个原子

6、，-Fe ,Cu，Al等 致密度为0.74或74%,2、面心立方晶格FCC（face-centered cubic ）,第三章 材料的结构,3 密排六方晶格 HCP( Hexagona Close-Packed Crytal Structure),实际6个，Mg, Zn等 致密度为0.74或74%。,第三章 材料的结构,三、实际金属的结构：,1、单晶体和多晶体：金属内部的晶格位向完全一致，称为单晶体（人工方法）反之为多晶体 晶粒与晶界：多晶体内外形呈多面体的小晶体称为晶粒；晶粒之间的界面为晶界。,第三章 材料的结构,2、晶体缺陷：各种原因破坏了原子间的平衡，使晶格发生扭曲，称为晶格畸变，使其性

7、能改变。,1)点缺陷：空间三个方向尺寸上的微小缺陷，如晶格空位、间隙原子和置换原子。（提高了硬度、强度，降低塑性、韧性）,2）线缺陷：晶体中最普通的线缺陷就是位错，它是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。,这种错排现象是晶体内部局部滑移造成的，根据局部滑移的方式不同，可以形成不同类型的位错。,第三章 材料的结构,通常把单位体积中所包含的位错线总长度称为位错密度。,一般退火态金属的位错密度约为105108cm/cm3；冷变形后的金属可达1012cm/cm3。位错的存在对金属的强度有着重要的影响，,第三章 材料的结构,3）面缺陷：晶格中其他2个方向尺寸很大，如晶界和亚晶界。,大于

8、1015的晶界称为大角度晶界，亚晶界是小角度晶界，其结构可以看成是位错的规则排列。,亚晶界：晶粒位向相差很小2030的小晶粒称为亚晶粒，其界面即为。晶界与晶内性能对比？,第三章 材料的结构,四、合金的相结构,基本概念： 合金： 是指两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。 （合金具有比纯金属高得多的强度、硬度、耐磨性等机械性能，是工程上使用得最多的金属材料，如机器中常用的黄铜是铜和锌的合金；钢是铁和碳的合金；焊锡是锡和铅的合金。） 相： 凡是化学成分相同、晶体结构相同，与其它部分有明显分界的均匀组成部分。 合金中有两类基本的相结构，固溶体和金属间化合物。,组元

9、： 组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元素称为组元，简称元。 组元一般是指元素，但有时稳定的化合物也可以作为组元，如Fe3C、Al2O3、CaO等。合金按组元的数目可分为二元合金、三元合金及多元合金。,1、固溶体 组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体A（B）。A：溶剂 B：溶质,合金系： 由两个或两个以上组元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，这一系列合金构成一个合金系统，简称合金系。例如黄铜是由铜和锌组成的二元合金系。,组织： 由单相或多相组成的具有一定形态的聚合物，纯金属的组织是由一个相组成的，合金的组织可以是一个相或多个相组成。,第五章 二

10、元合金,固溶体的分类,第五章 二元合金,固溶强化 由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸度而造成材料硬度升高，塑性和韧性没有明显降低的现象。,溶质原子溶入晶格畸变位错远动阻力上升金属塑性变形困难强度、硬度升高。,第五章 二元合金,2、金属间化合物（中间相） 金属间化合物是合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物一中间相。 一般可用分子式大致表示其组成 。Fe3C称为渗碳体 。 熔点、硬度高、脆性大。（强化相）,机械混合物 当组成合金的各组元在固态下既互不溶解，又不形成化合物，而是按一定的重量比例以混合方式存在着，形成各组元晶体的机械混合物。 组成机械混合物的物质可能是纯组元、固溶体或者是化合物各自的