工程材料—金属材料的结构与组织

1、第一章材料的结构和性质，材料科学与工程学院，1。PPT研究与交流，本节的重点，晶体学的基本概念，三种常见金属的晶体结构特征，位错类型及其校准点缺陷的特征，立方晶系，1.1金属材料的结构与性质，1.1.1纯金属的晶体结构，2 .1.1金属材料的结构和性能，晶体非晶晶体是各向异性的，在一定条件下，晶体和非晶晶体可以相互转化。固体是指具有规则排列的原子的固体。指原子无序排列的固体。3，PPT研究和交换，1.1.1纯金属的晶体结构，晶格：由原子中心和假想直线连接而成的三维空间晶格。直线的交点(原子中心)称为节点。由节点形成的空间点阵列称为空间网格。晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单位。晶格和晶胞

2、，晶体的基本概念，4，PPT学习和交流，晶体系统：晶格常数：晶胞每边的尺寸a，b和c。边缘之间的夹角由、表示。根据不同的晶胞参数，晶体可以分为七个晶系。超过90%的金属具有立方和六边形系统。立方系统：a=b=c，=90六边形系统：a1=a2=a3 c，=90，=120，晶体的基本概念，5，PPT学习和交流，原子半径：单位晶胞中的原子密度是一般方向上相邻原子间距离的一半。晶胞原子数：一个晶胞中包含的原子数。配位数和密度：配位数是指晶格中与任何原子最接近且相等的原子数量。密度：单位细胞中原子的体积百分比。晶体的基本概念，6，PPT学习与交流，1。三种常见的金属晶体结构，BCC -Fe，V，Nb，T

3、a，Cr，Mo，W，FCC -Fe，al，Ni，Pb，Cu，Ag，Au，密排六方晶格HCP铍，镁，锌等。低温Ti，7，PPT研究和交换，n=81/8 1=2，a)晶胞中的原子数目，b)晶格常数和原子半径，原子半径：两个原子之间距离的最近一半，-，Fe，V，Nb，Ta，Cr，Mo，W，体心立方晶格(bcc):8，W单位晶胞中原子占据的体积Vs单位晶胞的体积Vc，c)密度(APF)=d)配位数(CN):晶体结构中最近的原子数目，体心立方晶格(bcc):-Fe，v，nb，ta，Cr，mo，w，9，PPT学会相互通信，bcc单元中的间隙位置为0.154 r 0.633 r 0.291 r，bcc:-F

4、e。PPT研究和交换，n=81/8 61/2=4，FCC，CNFCC=12，-Fe，al，Ni，Pb，Cu，Ag，Au，11，PPT研究和交换，FCC，八面体间隙半径为0.414R。面心立方晶胞中的空隙位置为-Fe，Al，Ni，Pb，Cu，Ag，Au，12，PPT学习和交流，紧密堆积的六方晶格(HCP)，n=121/6 2 3=6，理想状态，当碳在铁中的溶解度比铁大得多。三种典型金属结构的晶体学特征，14。PPT学习与交流，2 .金属晶体中的晶面和取向，以及晶体中每个位置的原子面称为晶面。各个方向的原子柱称为晶体取向。代表晶面的符号称为晶面指数。代表晶体取向的符号称为晶体取向指数。15，PPT

5、研究和交换，(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)两点连接的晶体取向指数：x2-x1，y2-y1，z2-z1，*该指数看特性，正负看方向，解决方法是：1)确定坐标系2)穿过坐标原点，作出一条平行于待求晶体取向的直线；3)取直线上的任意一点，确定该点的坐标(x，y，z );4)将该值转换为最小整数u、v、w，并放入方括号u、v、w。，A，B，C，110，111，100，011，010，210，101，(代表一组在同一方向上相互平行的结晶方向)，1)结晶方向指数，16，PPT学习和交流，解决方案：3)取倒数：1/m，1/n，1/p 4)相互化：添加括号并将其记录为(h k l)，2)结晶平面指

6、数，和坐标原点不能在结晶平面上选择如果晶面平行于坐标轴，截距是无限的；如果有负号，它就在数字上面。，17，PPT学习和交流，(hkl)和uvw分别代表一组平行的晶体方向和平面。尽管指数不同，但具有相同原子排列的晶体取向和晶面被称为晶体取向族或晶面族。它们分别用和hkl表示。3)晶面族和取向族，18，PPT研究和交换，表明在立方系统中，具有相同折射率和取向的晶面是相互垂直的。当遇到负索引时，索引上方会出现“-”号。221，110，3)晶面族和取向族，19，PPT研究和交换，4)晶面和取向的原子密度，在体心立方晶格中，原子密度最高的晶面族是110，称为密堆积面；在面心立方晶格中，密堆积面是111。

7、在不同的晶体结构中，原子在不同晶面和取向上的排列和紧密度是不同的。20，PPT研究和交换，体心立方和面心立方晶格中主晶取向的原子排列和密度。在体心立方晶格中，原子密度最高的晶体取向族是111，这被称为密堆积方向。在面心立方晶格中，紧密堆积方向为110。4)晶面和取向的原子密度，21) PPT学习和交流，3)金属晶体的特性，1)确定的熔点，2)各向异性，不同晶面和不同取向的原子排列密度。22，PPT学习与交流，4。实际金属中的晶体缺陷和晶粒：实际使用的金属材料由许多具有不同取向和不规则形状的小晶体组成，这些小晶体被称为晶粒。晶粒间的界面。晶粒越细，晶界面积越大。多晶的：由多个晶粒组成的晶体结构。

8、金属多晶、单晶示意图：内部晶格取向完全一致的晶体。多晶体：23，PPT学习与交流，点缺陷：三维空间各个方向的小尺寸缺陷。如空位、间隙原子、杂质或溶质原子等。线状缺陷：两个方向尺寸较小，另一个方向尺寸较大的缺陷。主要是脱臼。表面缺陷：一个方向尺寸较小，另两个方向尺寸较大的缺陷。如晶界、相界和表面。晶体缺陷：实际晶体中偏离理想晶格结构的区域。原子的不规则排列产生晶体缺陷。晶体缺陷在材料结构控制(如扩散和相变)和性能控制(如材料强化)中起着重要作用。4.实际金属中的晶体缺陷，24。点缺陷是最简单的晶体缺陷，是指在结或相邻的微观区域偏离晶体结构正常排列的缺陷。晶体点缺陷包括空位、间隙原子、取代原子和由

9、它们组成的复杂点缺陷，如空位对、空位团和空位溶质原子。25，PPT学习交换，(2)线缺陷晶体中的位错，边缘位错螺旋位错，混合位错，位错：晶格中的一些晶体相对于另一部分晶体局部滑移，滑移面上滑移区和非滑移区之间的边界线称为位错。额外的半原子表面交错一个原子距离，26。PPT学会交流，首先定位位错的正方向，通常从纸面方向上的任何原子开始，在一个完整的晶体中围绕具有一定数量台阶的位错形成一个右手闭合环，并以相同的方向和台阶形成相同的环，这是通过引入一个从终点到起点的矢量来闭合的，即位错的伯努利矢量，它代表原子的畸变特性位错的特征：晶格畸变和内应力；边缘位错容易吸收异质原子；错位容易移动；正负边缘错位

10、可以抵消；边缘错位可以攀爬。Bernoulli vector，29，PPT学习交流，晶界是具有不同取向的晶粒的过渡部分，具有510原子间距的宽度和2040的取向差。亚晶粒是晶粒尺寸小、取向差异小的小块体(1 2)。子颗粒之间的界面称为子颗粒边界。亚晶边界也可视为位错墙。(3)表面缺陷的晶界和亚晶界，30，PPT研究和交换，1.1.2合金的晶体结构，第1章材料结构和性能，31，PPT研究和交换，合金的分类和相概念相及其特征，固溶强化及其原因，本节的重点，1.1金属材料的结构和性能，1.1.2合金的晶体结构，32，PPT研究组成合金的元素可以是所有金属，或金属和非金属。组成合金的元素相互作用可以形

11、成不同的相。33，PPT学习和交流，所谓相是指金属或合金的均匀成分，它们具有相同的成分和结构，并通过界面与其他部分分开。微观结构本质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。固态合金中的相分为固溶体和金属化合物。1.1.2合金的晶体结构，34，PPT学习与交流，1。固溶体，1)固溶体根据溶质原子的位置分为置换固溶体和间隙固溶体。根据溶解度，它可以分为有限固溶体和无限固溶体。无序分布的溶质原子称为无序固溶体，有序分布的溶质原子称为有序固溶体。合金中的固相固溶体，其结构与组成元素之一的晶体结构相同。用来表示，用，表示。随着溶质含量的增加，固溶体的强度和硬度增加，塑性和

12、韧性降低。固溶强化的原因是溶质原子扭曲晶格和钉扎位错。与纯金属相比，固溶体具有较高的强度和硬度，而塑性和韧性较低。但与化合物相比，它们的硬度低得多，而它们的塑性和韧性却高得多。2)固溶体的性质，如：工业纯铝的硬度为3540HBS，铝铜合金的硬度为120-145 HBS，36，是一种与组成元素的晶体结构不同的固相金属化合物。金属化合物具有高熔点、硬度和脆性，其组成可用分子式表示。1)。正常价化合物符合正常价定律。例如Mg2Si 2)。电子化合物符合电子浓度定律。例如Cu3Sn。电子浓度是价电子与原子的比率。3)间隙化合物由过渡元素和原子半径小的非金属元素组成，如碳、氮、硼和氢。金属化合物，37，

13、PPT学习交换，(1)间隙相：当R不是金/r为0.59时，形成具有简单晶格结构的间隙化合物。间隙相具有金属特性，极高的硬度和熔点，并且非常稳定。一些碳化物和所有氮化物属于间隙相。(2)当r不是/r金0.59时，具有复杂结构的间隙化合物形成具有复杂结构的间隙化合物。例如FeB、Fe3C、Cr23C6等。38，PPT研究与交流，Cr23C6晶体结构，39，PPT研究与交流，本章，基本概念：三种常见金属的晶体结构特征：晶格、晶胞、晶格常数、合金和相；立方晶系取向指数和晶面指数校准点缺陷的类型：位错类型及其特征相；固溶强化的分类、特点及其原因：40、PPT学习与交流、习惯问题；1.填空。晶体和非晶结构之间最根本的区别是()