白版 金属材料基础知识第1章.ppt

1、金 属 材 料 基 础 知 识,中南大学抗磨材料研究所 汤晓明,铁碳相图,C曲线,第1章材料的结构与性能 1.1金属材料的结构与组织 晶体与非晶体 a. 晶体：材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。如：金刚石、水晶、氯化钠、所有的金属材料等。 b.非晶体：材料的原子（离子、分子）无规则堆积，和液体相似，亦称为 “过冷液体”或“无定形体”。松香、石蜡、玻璃等。,1三种常见的金属晶体结构 a.体心立方晶格（B.C.C） 金属原子分布在立方晶胞的 八个角上和体的中心。 晶胞原子数：是指在一个晶 胞中所含的原子数目。 原子半径：是指晶胞中原子 密度最大的方向上相邻两原子间 体心立方晶胞

2、BCC （Body-Centered Cube）,平衡距离的一半，或晶胞中相距最近的两个原子间距的一半。 配位数：是指晶格中与任一原子最邻近且等距离的原子数目。体心立方晶格的配位数为8。 致密度：是指晶胞中原子本身所占有的体积百分数，也称密排系数。致密度=晶胞中原子所占有的体积/晶胞的体积100% 致密度=,b.面心立方晶格(F.C.C) 金属原子分布在立方晶胞的八个角上和六个面的中心。 晶胞原子数： 原 子 半 径： 配 位 数：12； 致 密 度： 面心立方晶胞FCC （Face-Centered Cube）,空隙半径：是晶胞空隙中能放入刚性球的最大半径。四面体空隙：r四0.29r；八面体

3、空隙：r八0.15r。,空隙半径：四面体空隙：r四0.225r； 八面体空隙：r八0.414r。,c.密排六方晶格（H.C.P） 金属原子分布在六方晶胞的十二个角上、上下底面的中心和两底面之间的三个均匀分布的间隙里。 晶胞原子数： 原子半径： 配位数： 12； 致密度：,空隙半径：四面体空隙：r四0.225r； 八面体空隙：r八0.414r。,密排六方晶胞HCP Hexagonal Close-Packed,d. BCC、FCC、HCP晶胞的重要参数,4实际金属中的晶体缺陷,单晶体：内部晶格位向完全一致 各自异性。 多晶体：由许多位向各不相同的单晶体块组成 各自同性 。 晶体缺陷：实际晶体中存

4、在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分 。,（1）点缺陷 点缺陷：晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化。 空 位：晶格结点处无原子 杂质间隙原子：晶格结点处为其它原子占据 自由间隙原子：原子占据晶格间隙,(2)线缺陷 线缺陷（位错）：二维尺度很小，另一维尺度很大的原子错排 。 位错线：晶体滑移部分与未滑移部分的交界线。 位错有两种： 刃型位错 在金属晶体中，由于某种 原因，晶体的一部分沿一定 晶面相对与晶体的未动部分， 逐步的发生了一个原子间距 的错动（见图）,.螺型位错 螺型位错在空间实际上为一个螺旋状的晶格畸变管道，宽仅为几个原子间距，长则可穿透晶体。 位错是影响金属 机械性能最重

5、要的晶 体缺陷。金属晶体中 位错的存在，使金属 的强度值降低23个 数量级。,(3) 面缺陷 面缺陷：一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域 。一般指晶界和亚晶界。,亚晶界：是晶粒内的一种面缺陷，对金属的性能有一定的影响。它也可看成是位错线的堆积。,由上可知，实际的金属材料并非完全理想的晶体结构。它不仅是多晶体，而且在晶体内部还存在各式各样的晶体缺陷。晶体缺陷的存在，使晶体缺陷附近的晶 格发生畸变，引起能 量提高，使金属材料 的物理、化学及机械 性能发生显著的变化。,1.1.2合金的晶体结构 合金：由一种金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素，通过熔炼、烧结或其他方法结合成具有金属特性

6、的物质。 组元：组成合金的独立的最基本的单元，可以是金属、非金属元素或稳定化合物。 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。,1.固溶体 定义：溶质组元溶液于溶剂晶格中形成的单一的均匀固体。 特点：保持溶剂组元的晶格结构。 (1)固溶体的分类 溶剂：与固溶体晶格相同的组元，一般在合金中含量较多。 溶质：固溶体中的另一组元，含量较少的。 置换固溶体：溶质原子部分地取代溶剂原子占据溶剂晶格的结点位置，则称为置换固溶体。 间隙固溶体：是溶质原子溶入溶剂 晶格的间隙中，而不占据晶格结点的位置的固溶体。,置换固溶体：按组元相互之间的溶解能力不同，可分为无限固溶体和有限固溶体。形成无限固溶体的条件为：两组元具有相同的晶格结构；两组元在元素周期表中的位置相距很近，并具有相近的原子结构；两组元的原子半径差不超过15%。否则就形成有限固溶体。 间隙固溶体：形成的条件是溶质原子与溶剂原子的直径比小于0.59，即d溶质/d溶剂0.59。间隙固溶体