第二章 常見金屬晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶01

1、金屬材料的機械性能金屬材料的機械性能 金屬材料的機械性能，即是指金屬材料在外力（載荷）金屬材料的機械性能，即是指金屬材料在外力（載荷）作用時表現(xiàn)出來的性能。作用時表現(xiàn)出來的性能。 包括包括強度、塑性、硬度、韌性強度、塑性、硬度、韌性及及疲勞強度疲勞強度等。等。 載荷的形式載荷的形式一、強度一、強度 金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力, ,材料的強度材料的強度用拉伸試驗測定。用拉伸試驗測定。(a)(a)原始試樣原始試樣 （b)b)拉伸后試拉伸后試樣樣 圓形拉伸試樣圓形拉伸試樣拉伸試驗拉伸試驗 1. 1. 彈性極限彈性極限e e 材料保持彈性變形材料保持彈性變形, ,

2、 不產(chǎn)生永久變形的最不產(chǎn)生永久變形的最大應力。大應力。 2.屈服極限（屈服強度）屈服極限（屈服強度）s 金屬開始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。金屬開始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。鑄鐵等材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象鑄鐵等材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象,用用條件屈服極條件屈服極限限0.2表示（產(chǎn)生表示（產(chǎn)生0.2%殘余應變時的應力值）。殘余應變時的應力值）。 3. 3. 強度極限強度極限( (抗拉強度抗拉強度b b ) ) 表示金屬受拉時所能承受的最大應力。表示金屬受拉時所能承受的最大應力。 二、塑性 斷裂前材料產(chǎn)生永久斷裂前材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。變形的能力稱為塑性。 (a)(a)原始試樣原始試樣 （b)b)拉

3、伸后試樣拉伸后試樣 1. 1. 伸長率（伸長率（） 試樣拉斷后試樣拉斷后, , 標距的伸長與原始標距的百分標距的伸長與原始標距的百分比稱為伸長率。比稱為伸長率。 2. 2. 斷面收縮率（斷面收縮率（） 試樣拉斷后試樣拉斷后, , 縮頸處截面積的最大縮減量與縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。硬度硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物體壓入其表是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。面的能力，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常用測量硬度的方法常用測量硬度的方法布氏硬度布氏硬度HB洛氏硬度洛氏硬度

4、HR維氏硬度維氏硬度HV布氏硬度布氏硬度布氏硬度試驗是用一定直徑布氏硬度試驗是用一定直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗力規(guī)定的試驗力F的作用下，壓的作用下，壓入試件表面，并保持一定時間，入試件表面，并保持一定時間，卸除力卸除力F，測量壓痕直徑，測量壓痕直徑d，以壓痕單位面積上的壓力表示以壓痕單位面積上的壓力表示材料的布氏硬度值。材料的布氏硬度值。壓頭為淬火鋼球時，用符號壓頭為淬火鋼球時，用符號HBSHBS表示，適用于表示，適用于布氏硬度值在布氏硬度值在450HBS450HBS以下的材料。以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金時，用符號壓頭為硬質(zhì)合金時，用符號HBWHBW表

5、示，適用于表示，適用于布氏硬度在布氏硬度在450450650HBW650HBW的材料。的材料。其計算公式為：其計算公式為：FHBSA A- -表示凹印表面積（表示凹印表面積（mm ）。）。F- -表示試驗力（表示試驗力（f）。）。布氏硬度布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度計布氏硬度計在實際使用中，布氏硬度值并不計算，也不用標注單位，在實際使用中，布氏硬度值并不計算，也不用標注單位，只需測出壓痕直徑只需測出壓痕直徑d，即可從布氏硬度表上查得。，即可從布氏硬度表上查得。布氏硬度的標注：符號布氏硬度的標注：符號HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬度之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)

6、字按順序分別表示球體直徑、載荷及載值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。荷保持時間。120HBS10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm的淬火鋼球在的淬火鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持）載荷作用下保持30s(10-15s不標注不標注)測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。布氏硬度的優(yōu)點是測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，缺點是壓痕大，布氏硬度的優(yōu)點是測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，缺點是壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度試驗是用頂角洛氏硬度試驗是用頂角120的金剛石圓錐體的金

7、剛石圓錐體或直徑或直徑1.588mm淬火鋼球作壓頭，加上一定載淬火鋼球作壓頭，加上一定載荷，使壓頭壓入工件表面，然后根據(jù)壓痕的深荷，使壓頭壓入工件表面，然后根據(jù)壓痕的深度確定其硬度值。度確定其硬度值。洛氏硬度實驗洛氏硬度實驗原理原理：根據(jù)壓痕的塑性變形深度來衡量硬度。試驗時，先加初始試驗力 98N（10kgf），使壓頭緊密接觸試件表面a，并壓入到b處，以此作為衡量壓入深度的起點，再加主試驗力使壓頭壓入到c處，然后去掉主試驗力，由于被試金屬彈性變形的消除，壓頭向上回升到d處。表盤上讀出即可。根據(jù)試驗用的壓頭和載荷的不同，洛氏硬度分根據(jù)試驗用的壓頭和載荷的不同，洛氏硬度分為為HRA、HRB、HRC

8、三種標尺，其中以三種標尺，其中以HRC應用最廣。洛氏硬度值可直接從試驗機的表盤應用最廣。洛氏硬度值可直接從試驗機的表盤上讀出，不需計算，也不用標出單位。上讀出，不需計算，也不用標出單位。洛氏硬度的標注：數(shù)字洛氏硬度的標注：數(shù)字+HRC(HRA/HRB)如如60HRC表示表示C標尺測定的洛氏硬度值為標尺測定的洛氏硬度值為60。洛氏硬度操作簡便，壓痕小，適用范圍廣，但洛氏硬度操作簡便，壓痕小，適用范圍廣，但測量結(jié)果不夠精確。測量結(jié)果不夠精確。試驗時，根據(jù)被測的材料不同，壓頭的類型、試驗力及按表試驗時，根據(jù)被測的材料不同，壓頭的類型、試驗力及按表-2選擇，對應的洛選擇，對應的洛氏硬度標尺為氏硬度標尺

9、為HRA、HRB、HRC三種三種符號符號壓頭類型壓頭類型載荷載荷/kgf硬度有效范圍硬度有效范圍使用范圍使用范圍HRA金剛石圓錐金剛石圓錐體體607085適用于測量硬質(zhì)合金、鋼適用于測量硬質(zhì)合金、鋼表、淬火層或滲碳層表、淬火層或滲碳層HRB直徑為直徑為1.588mm鋼鋼球球10025100（相當（相當60230HB）適用于測量非鐵金屬退火、適用于測量非鐵金屬退火、火等火等HRC金剛石圓錐金剛石圓錐體體1502067(相當相當230700HB)適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等120表表-2四、沖擊韌度（ak） 許多機械零件和工具受到?jīng)_擊載荷的作用。如活塞銷、許多機械零件和工具受到?jīng)_擊

10、載荷的作用。如活塞銷、錘桿、沖模和鍛模等。錘桿、沖模和鍛模等。 材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為沖擊韌性沖擊韌性。 用擺錘沖擊彎曲試驗來測定。測得試樣用擺錘沖擊彎曲試驗來測定。測得試樣沖擊吸收功沖擊吸收功, ,用符號用符號 A Ak k 表示。用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面表示。用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積積 S S0 0 , , 即得到材料的即得到材料的沖擊韌度沖擊韌度 a ak k。沖擊試樣沖擊試樣沖擊吸收功的測定沖擊吸收功的測定 五、疲勞強度 軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等零件，軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等零件，在工作過程中各點的應力隨時間作周期性的在工作過

11、程中各點的應力隨時間作周期性的變化，這種應力稱為變化，這種應力稱為交變應力交變應力( (也稱循環(huán)應也稱循環(huán)應力力) )。 在交變應力作用下，雖然零件所承受的在交變應力作用下，雖然零件所承受的應力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的應力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂。這種工作而產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂。這種過程稱為過程稱為金屬的疲勞金屬的疲勞。 交變應力越大交變應力越大,材料斷裂時應力循環(huán)次數(shù)材料斷裂時應力循環(huán)次數(shù)N越越少。當應力低于一定值時少。當應力低于一定值時,試樣可以經(jīng)受無限周期試樣可以經(jīng)受無限周期循環(huán)而不破壞循環(huán)而不破壞,此應力值稱為材料的此應力值稱為

12、材料的疲勞極限疲勞極限(亦叫亦叫疲勞強度疲勞強度)，用，用-1表示。表示。 六、斷裂韌性 橋梁、船舶、大型軋輥、轉(zhuǎn)子等有時會發(fā)生低橋梁、船舶、大型軋輥、轉(zhuǎn)子等有時會發(fā)生低應力脆斷，名義斷裂應力低于材料的屈服強度。應力脆斷，名義斷裂應力低于材料的屈服強度。 構(gòu)件或零件存在裂紋。裂紋在應力作用下失穩(wěn)構(gòu)件或零件存在裂紋。裂紋在應力作用下失穩(wěn)擴展，導致機件破斷。擴展，導致機件破斷。 材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展斷裂的能力叫材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展斷裂的能力叫斷裂韌性斷裂韌性。 裂紋擴展的臨界狀態(tài)所對應的應力場裂紋擴展的臨界狀態(tài)所對應的應力場強度因子稱為強度因子稱為臨界應力場強度因子臨界應力場強度因子，用，用K K

13、1C1C表示，單位為表示，單位為MN/mMN/m3/23/2，它代表材料的斷裂它代表材料的斷裂韌性。韌性。裂紋尖端應力場大小用應力場強度因子裂紋尖端應力場大小用應力場強度因子 表示。表示。KIY Y：系數(shù)：系數(shù) ：外加應力：外加應力a a：裂紋半長：裂紋半長金屬材料的理化性能金屬材料的理化性能 一、金屬的物理性能 1. 1. 密度密度 單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度密度。 密度小于密度小于5 510103 3 kg/mkg/m3 3 的金屬稱為輕金屬的金屬稱為輕金屬, , 如鋁、鎂、鈦及它們的合金。用于航天航空器如鋁、鎂、鈦及它們的合金。用于航天航空器上。上。

14、 密度大于密度大于5 510103 3 kg/m kg/m3 3的金屬稱為重金屬的金屬稱為重金屬, , 如鐵、鉛、鎢等。如鐵、鉛、鎢等。 2. 2. 熔點熔點 金屬從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為金屬從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為熔點熔點。 熔點高的金屬稱難熔金屬，如鎢、鉬、釩熔點高的金屬稱難熔金屬，如鎢、鉬、釩等，制造耐高溫零件，如火箭、導彈、燃氣輪等，制造耐高溫零件，如火箭、導彈、燃氣輪機和噴氣飛機等零、部件。機和噴氣飛機等零、部件。 熔點低的金屬稱為易熔金屬如錫、鉛等，熔點低的金屬稱為易熔金屬如錫、鉛等，可用于制造保險絲和防火安全閥零件等?？捎糜谥圃毂ｋU絲和防火安全閥零件等。 3. 3. 導熱

15、性導熱性 導熱性通常用熱導率來衡量導熱性通常用熱導率來衡量。熱導率越大。熱導率越大, , 導熱性越好。金屬的導熱性銀為最好導熱性越好。金屬的導熱性銀為最好, , 銅、鋁次銅、鋁次之。合金的導熱性比純金屬差。之。合金的導熱性比純金屬差。 在熱加工和熱處理時，必須考慮導熱性，防在熱加工和熱處理時，必須考慮導熱性，防止材料在加熱或冷卻過程中形成過大的內(nèi)應力，止材料在加熱或冷卻過程中形成過大的內(nèi)應力，以免零件變形或開裂。以免零件變形或開裂。 選用導熱性好的金屬材料制造散熱器、熱交選用導熱性好的金屬材料制造散熱器、熱交換器與活塞等零件。換器與活塞等零件。4. 4. 導電性導電性傳導電流的能力稱傳導電流的

16、能力稱導電性導電性，用電阻率來衡量。，用電阻率來衡量。電阻率越小，金屬材料導電性越好。電阻率越小，金屬材料導電性越好。金屬導電性以銀為最好，銅、鋁次之。金屬導電性以銀為最好，銅、鋁次之。合金的導電性比純金屬差。合金的導電性比純金屬差。電阻率小的金屬電阻率小的金屬( (純銅、純鋁純銅、純鋁) )適于制造導電零件適于制造導電零件和電線。和電線。電阻率大的金屬或合金電阻率大的金屬或合金( (如鎢、鉬、鐵、鉻、鋁如鎢、鉬、鐵、鉻、鋁) )適于做電熱元件。適于做電熱元件。5. 5. 熱膨脹性熱膨脹性材料隨溫度變化而膨脹、收縮的特性材料隨溫度變化而膨脹、收縮的特性。膨脹系數(shù)大的材料制造的零件膨脹系數(shù)大的材

17、料制造的零件, , 溫度變化時溫度變化時, , 尺寸和形狀變化較大。尺寸和形狀變化較大。軸和軸瓦之間要根據(jù)其膨脹系數(shù)來控制間隙尺軸和軸瓦之間要根據(jù)其膨脹系數(shù)來控制間隙尺寸；寸；在熱加工和熱處理時要考慮材料的熱膨脹影響在熱加工和熱處理時要考慮材料的熱膨脹影響, , 減少工件變形和開裂。減少工件變形和開裂。6. 6. 磁性磁性鐵磁性材料鐵磁性材料: :在外磁場中能強烈被磁化，如鐵、鈷。在外磁場中能強烈被磁化，如鐵、鈷。順磁性材料順磁性材料: :在外磁場中只微弱被磁化，如錳、鉻。在外磁場中只微弱被磁化，如錳、鉻?？勾判圆牧峡勾判圆牧? :能抗拒或削弱外磁場對材料本身的磁化能抗拒或削弱外磁場對材料本身

18、的磁化作用，如銅、鋅等。作用，如銅、鋅等。鐵磁性材料制造變壓器、電動機、測量儀表等?？勾盆F磁性材料制造變壓器、電動機、測量儀表等?？勾判圆牧嫌糜谝蟊苊怆姶艌龈蓴_的零件和結(jié)構(gòu)材料，如性材料用于要求避免電磁場干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料，如航海羅盤。航海羅盤。居里點：居里點：鐵磁性材料當溫度升高到一定數(shù)值時，鐵磁性材料當溫度升高到一定數(shù)值時，磁疇被破壞，變?yōu)轫槾朋w，這個轉(zhuǎn)變溫度稱為磁疇被破壞，變?yōu)轫槾朋w，這個轉(zhuǎn)變溫度稱為居居里點里點。如鐵的居里點是。如鐵的居里點是770 770 。二、金屬的化學性能1. 1. 耐腐蝕性耐腐蝕性 金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其它化學介金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其

19、它化學介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力稱質(zhì)腐蝕破壞作用的能力稱耐腐蝕性耐腐蝕性。碳鋼、鑄鐵的耐腐蝕性較差；碳鋼、鑄鐵的耐腐蝕性較差；鈦及其合金、不銹鋼的耐腐蝕性好。鈦及其合金、不銹鋼的耐腐蝕性好。鋁合金和銅合金有較好的耐腐蝕性。鋁合金和銅合金有較好的耐腐蝕性。2. 2. 抗氧化性抗氧化性金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力稱金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力稱抗氧化性抗氧化性。 加入加入CrCr、SiSi等元素等元素, , 可提高鋼的抗氧化性?？商岣咪摰目寡趸?。 如如4Cr9Si24Cr9Si2可制造內(nèi)燃機排氣閥及加熱爐爐底板可制造內(nèi)燃機排氣閥及加熱爐爐底板, , 料盤等。料盤等。金屬材料主要以金屬鍵結(jié)

20、合，其強韌性好，塑金屬材料主要以金屬鍵結(jié)合，其強韌性好，塑性變形能力強，導電、導熱性好，為主要的工性變形能力強，導電、導熱性好，為主要的工程材料。程材料。金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能 金屬特性金屬特性金屬鍵決定：金屬鍵決定：良好導電性良好導電性導熱性導熱性強韌性好，特別是很好的塑性變形能力強韌性好，特別是很好的塑性變形能力正電阻溫度系數(shù)正電阻溫度系數(shù)不透明、特有金屬光澤不透明、特有金屬光澤問題：問題：為什么絕大多數(shù)為什么絕大多數(shù)金屬具有超導特性？金屬具有超導特性？1.21.2 金屬材料的性能金屬材料的性能 金屬材料的性能：金屬材料的性能：工藝性能工藝性能 使用性能使用性能。 工藝性

21、能工藝性能 制造工藝過程中材料適應加工的性制造工藝過程中材料適應加工的性能。能。 包括鑄造性能包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能、熱處理性能；加工性能、熱處理性能； 使用性能使用性能 材料在使用條件下表現(xiàn)出來的性能。材料在使用條件下表現(xiàn)出來的性能。 包括力學性能、物理和化學性能包括力學性能、物理和化學性能 一、鑄造性能 金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄件的能力稱為鑄造性能鑄造性能，用流用流動性、收縮性和偏析來衡量。動性、收縮性和偏析來衡量。鑄造鑄造 1. 1. 流動性流動性 熔融金屬的流動能力稱為熔融金屬的流動能力稱為流動性

22、流動性。 完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。 2. 2. 收縮性收縮性 鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減少的現(xiàn)象稱為少的現(xiàn)象稱為收縮性收縮性。 鑄件收縮不僅影響尺寸，還會使鑄件產(chǎn)生縮鑄件收縮不僅影響尺寸，還會使鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應力、變形和開裂等缺陷。故鑄造孔、疏松、內(nèi)應力、變形和開裂等缺陷。故鑄造用金屬材料的收縮率越小越好。用金屬材料的收縮率越小越好。 3. 3. 偏析偏析 金屬凝固后，鑄錠或鑄件化學成分和組織金屬凝固后，鑄錠或鑄件化學成分和組織的不均勻現(xiàn)象稱為的不均勻現(xiàn)象稱為偏析偏析。 偏析大會使鑄件各部分的力學

23、性能有很大偏析大會使鑄件各部分的力學性能有很大的差異，降低鑄件的質(zhì)量。的差異，降低鑄件的質(zhì)量。 二、鍛造性能 金屬材料用鍛壓加工方法成形的適應能力金屬材料用鍛壓加工方法成形的適應能力稱稱鍛造性鍛造性。鍛造鍛造冷沖冷沖 金屬材料的塑性越好，變形抗力越小，金金屬材料的塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。屬的鍛造性能越好。 三、焊接性能 金屬材料對焊接加工的適應性稱金屬材料對焊接加工的適應性稱焊接性焊接性。也也就是在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接就是在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。頭的難易程度。 鋼材的碳含量是焊接性好壞的主要因素。鋼材的碳含量是焊接性好壞的主要因素

24、。 低碳鋼和碳的質(zhì)量分數(shù)低于低碳鋼和碳的質(zhì)量分數(shù)低于0.18 %0.18 %的合金鋼的合金鋼有較好的焊接性能。有較好的焊接性能。 碳含量和合金元素含量越高碳含量和合金元素含量越高, , 焊接性能越差。焊接性能越差。 電弧焊電弧焊 氣焊氣焊四、切削加工性能四、切削加工性能用切削后的表面粗糙度和刀具用切削后的表面粗糙度和刀具壽命來表示。壽命來表示。 金屬材料具有適當?shù)挠捕冉饘俨牧暇哂羞m當?shù)挠捕?170 HBS(170 HBS230 HBS)230 HBS)和和足夠的脆性時切削性良好。足夠的脆性時切削性良好。 改變鋼的化學成分改變鋼的化學成分( (加少量鉛、磷加少量鉛、磷) )和進行適當?shù)暮瓦M行適當

25、的熱處理熱處理( (低碳鋼正火，高碳鋼球化退火低碳鋼正火，高碳鋼球化退火) )可提高鋼的可提高鋼的切削加工性能。切削加工性能。銅有良好的切削加工性能。銅有良好的切削加工性能。切削加工切削加工 五、熱處理工藝性能五、熱處理工藝性能鋼的熱處理工藝性能主要考慮其淬透性鋼的熱處理工藝性能主要考慮其淬透性, , 即鋼接即鋼接受淬火的能力。受淬火的能力。含含MnMn、CrCr、NiNi等合金元素的合金鋼淬透性比較好等合金元素的合金鋼淬透性比較好, , 碳鋼的淬透性較差。碳鋼的淬透性較差。 l鋁合金的熱處理要求較嚴。鋁合金的熱處理要求較嚴。 l銅合金只有幾種可以用熱處理強化。銅合金只有幾種可以用熱處理強化。

26、 第二章第二章 常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能 內(nèi)容提要： 本章重點介紹金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織，包括本章重點介紹金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織，包括純金屬的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和合金的結(jié)構(gòu)、金純金屬的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和合金的結(jié)構(gòu)、金屬材料的組織。一般介紹金屬材料的性能。屬材料的組織。一般介紹金屬材料的性能。 學習目標： 本章重點掌握金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺本章重點掌握金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和合金的結(jié)構(gòu)，了解金屬材料的組織及性能。陷和合金的結(jié)構(gòu)，了解金屬材料的組織及性能。四硼酸鋁銥釹晶體磷酸鈦氧鉀晶體四硼酸鋁釹晶體非晶體非晶體 ： 蜂蠟、玻

27、璃等。蜂蠟、玻璃等。晶體：晶體：金剛石、金剛石、NaClNaCl、冰冰 等。等。怎么辦？怎么辦？晶胞晶胞abc 晶胞：晶胞：能反映該晶格特征的最小組成單元。能反映該晶格特征的最小組成單元。晶胞的幾何特征：晶胞的幾何特征： 棱邊長棱邊長a a、b b、c c 棱邊間夾角棱邊間夾角、 a a、b b、c c 稱為稱為晶格常數(shù)晶格常數(shù)。 金屬的晶格常數(shù)一般為金屬的晶格常數(shù)一般為: : 1 11010-10-10 m m7 71010-10 -10 m m (0.1nm (0.1nm0.7nm)0.7nm) 晶胞晶胞不同元素組成的金屬晶體因晶格形式及晶格常數(shù)的不不同元素組成的金屬晶體因晶格形式及晶格常

28、數(shù)的不同，表現(xiàn)出不同的物理、化學和力學性能；金屬的晶同，表現(xiàn)出不同的物理、化學和力學性能；金屬的晶體結(jié)構(gòu)可用體結(jié)構(gòu)可用X X射線結(jié)構(gòu)分析技術(shù)進行測定。射線結(jié)構(gòu)分析技術(shù)進行測定。晶系晶系邊長邊長夾角夾角晶體實例晶體實例立方立方a=b=ca=b=c=90=90Cu , NaClCu , NaCl四方四方a=bca=bc=90=90Sn , SnOSn , SnO2 2正交正交abcabc=90=90I I2 2 , HgCl , HgCl2 2三方三方a=b=ca=b=c=90=90Bi , AlBi , Al2 2O O3 3六方六方a a1 1=a=a2 2=a=a3 3 c c=90=90=

29、120=120Mg , AgIMg , AgI單斜單斜abcabc=90=90=120=120S , KClOS , KClO3 3三斜三斜abcabc9090CuSOCuSO4 45H5H2 2O O 三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu) 重點內(nèi)容重點內(nèi)容1. 1. 體心立方晶格體心立方晶格( (胞胞) ( BCC ) ( BCC 晶格晶格) )八個原子處于立方體的角上八個原子處于立方體的角上, ,一個原子處于立方體的一個原子處于立方體的中心中心, , 角上八個原子與中心原子緊靠。角上八個原子與中心原子緊靠。具有體心立方晶格的金具有體心立方晶格的金屬有鉬屬有鉬(Mo)(Mo)、鎢、鎢

30、(W)(W)、釩釩(V)(V)、-鐵鐵(-Fe, (-Fe, 912 )912 )等。等。 體心立方晶胞特征：體心立方晶胞特征：（1 1）晶格常數(shù)）晶格常數(shù) a=b=c, =a=b=c, =90=90 （2 2）晶胞原子數(shù)）晶胞原子數(shù) 角上原子屬角上原子屬8 8個相鄰晶胞，中個相鄰晶胞，中心原子屬于該晶胞；心原子屬于該晶胞；一個體心立方晶胞所含的原子一個體心立方晶胞所含的原子數(shù)為數(shù)為 2 2個。個。（3 3）原子半徑）原子半徑晶胞中相距最近的兩個原子之間距離的一半稱為原晶胞中相距最近的兩個原子之間距離的一半稱為原子半徑子半徑( (r r原子原子) )；體心立方晶胞中原子半徑與晶格常數(shù)體心立方晶

31、胞中原子半徑與晶格常數(shù)a a之間關(guān)系為：之間關(guān)系為： （4 4）致密度）致密度晶胞中原子占有的體積與該晶胞體積之比稱為致晶胞中原子占有的體積與該晶胞體積之比稱為致密度密度( (也稱密排系數(shù)也稱密排系數(shù)) )；致密度越大，原子排列緊密程度越大。致密度越大，原子排列緊密程度越大。 體心立方晶胞的致密度為：體心立方晶胞的致密度為：體心立方晶胞特征：體心立方晶胞特征：（5 5）空隙半徑）空隙半徑在晶胞空隙中放入球的最大半徑稱為空隙半徑。體在晶胞空隙中放入球的最大半徑稱為空隙半徑。體心立方晶胞中有兩種空隙：心立方晶胞中有兩種空隙： 四面體空隙半徑四面體空隙半徑: :r r四四= =0.290.29r r

32、原子原子 八面體空隙半徑八面體空隙半徑: :r r八八= =0.150.15r r原子原子 四面體空隙半徑四面體空隙半徑八面體空隙半徑八面體空隙半徑體心立方晶胞特征：體心立方晶胞特征：（6 6）配位數(shù)）配位數(shù)配位數(shù)配位數(shù): :晶格中與任一個原子相距最近且距離相等的晶格中與任一個原子相距最近且距離相等的原子數(shù)目；原子數(shù)目；配位數(shù)越大，原子排列緊密程度就越大；配位數(shù)越大，原子排列緊密程度就越大；體心立方晶格的配位數(shù)為體心立方晶格的配位數(shù)為8 8。 體心立方晶胞特征：體心立方晶胞特征：2. 2. 面心立方晶格面心立方晶格( (胞胞) ( FCC ) ( FCC 晶格晶格) )金屬原子分布在立方體的八

33、個角上和六個面的中心。金屬原子分布在立方體的八個角上和六個面的中心。面中心的原子與該面四個角上的原子緊靠。面中心的原子與該面四個角上的原子緊靠。 具有這種晶格的金屬：鋁具有這種晶格的金屬：鋁(Al)(Al)、銅、銅(Cu)(Cu)、鎳、鎳(Ni)(Ni)、金、金(Au)(Au)、銀、銀(Ag)(Ag)、- - 鐵鐵( -Fe, 912 ( -Fe, 912 1394 )1394 )等。等。XYZabc 面心立方晶胞的特征：面心立方晶胞的特征：（1 1）晶格常數(shù)：）晶格常數(shù)：a=b=c, =a=b=c, =90=90（2 2）晶胞原子數(shù)：）晶胞原子數(shù)：4 4個個（3 3）原子半徑：）原子半徑：（

34、4 4）致密度）致密度：0.74 (74%)0.74 (74%)（5 5）空隙半徑）空隙半徑 四面體空隙半徑四面體空隙半徑: : r r四四=0.225=0.225r r原子原子 八面體空隙半徑八面體空隙半徑: : r r八八=0.414=0.414r r原子原子四面體空隙半徑四面體空隙半徑八面體空隙半徑八面體空隙半徑面心立方晶胞的特征：面心立方晶胞的特征：（6 6）配位數(shù)）配位數(shù) 12 12 3. 3. 密排六方晶格密排六方晶格( (胞胞) ( HCP ) ( HCP 晶格晶格) )十二個金屬原子分布在六方體的十二個角上十二個金屬原子分布在六方體的十二個角上, , 在上下在上下底面的中心各分

35、布一個原子底面的中心各分布一個原子, , 上下底面之間均勻分布上下底面之間均勻分布三個原子。三個原子。具有這種晶格的金屬有具有這種晶格的金屬有鎂鎂(Mg)(Mg)、鎘、鎘(Cd)(Cd)、鋅、鋅(Zn)(Zn)、鈹、鈹(Be)(Be)等。等。密排六方晶胞特征：密排六方晶胞特征：（1 1）晶格常數(shù)）晶格常數(shù) 正六邊形的邊長正六邊形的邊長a a 兩底面之間的距離兩底面之間的距離c c 相鄰側(cè)面夾角相鄰側(cè)面夾角120120 側(cè)面與底面夾角側(cè)面與底面夾角9090 1112+2+3=662創(chuàng)r=a/2r=a/2（2）晶胞原子數(shù)）晶胞原子數(shù)6（3 3）原子半徑）原子半徑（4）配位數(shù)）配位數(shù)：12（5 5）

36、致密度：）致密度：0.74 (74%)0.74 (74%)（6 6）空隙半徑：）空隙半徑： 四面體空隙半徑四面體空隙半徑為為: : r r四四= =0.2250.225r r原子原子 八面體空隙半徑八面體空隙半徑為為: : r r八八= =0.4140.414r r原子原子密排六方晶胞特征：密排六方晶胞特征：(7)(7)軸比：軸比：c/a=1.633aACAaaaaaaDO2 /4a3 /4aa)b)bbbcccc)bbbABC體心立方結(jié)構(gòu)原子的堆垛方式體心立方結(jié)構(gòu)原子的堆垛方式AB晶體中的晶面和晶向通過晶體中原子中心的平面叫做通過晶體中原子中心的平面叫做晶面晶面；通過原子中心的直線為原子列，

37、代表的方向叫通過原子中心的直線為原子列，代表的方向叫晶向晶向。晶面、晶向用晶面指數(shù)、晶向指數(shù)表達。晶面、晶向用晶面指數(shù)、晶向指數(shù)表達。 1. 1. 立方晶系的晶面表示方法立方晶系的晶面表示方法 以圖中的晶向以圖中的晶向DADA為例。為例。 2. 2. 立方晶系的晶向表示方法立方晶系的晶向表示方法立方晶胞中的主要晶向立方晶胞中的主要晶向晶向晶向OA OA ： 100 100 晶向晶向OB OB ： 110110晶向晶向OB OB ：晶向指數(shù)一般標記為晶向指數(shù)一般標記為 uvwuvw ，表示一組原子排列，表示一組原子排列相同的平行晶向。相同的平行晶向。111111ABBO100010001和000

38、0010l 例一、例一、已知某過原點晶向已知某過原點晶向上一點的坐標為上一點的坐標為1 1、1.51.5、2 2，求該直晶向指數(shù)。，求該直晶向指數(shù)。l 將三坐標值按比例化為最將三坐標值按比例化為最小整數(shù)加方括弧得小整數(shù)加方括弧得234234。l 例二、例二、已知晶向指數(shù)為已知晶向指數(shù)為110, 110, 畫出該晶向。畫出該晶向。l 找出找出1 1、1 1、0 0坐標點坐標點, ,連接連接原點與該點的直線即所求原點與該點的直線即所求晶向。晶向。110234當晶面平行某一晶軸，則晶面在該晶軸上截距為當晶面平行某一晶軸，則晶面在該晶軸上截距為，倒數(shù)為，倒數(shù)為0 0 。另外還有另外還有10010011

39、1111等晶面族等晶面族立方晶系的立方晶系的110晶面族晶面族(110)(101)(011)(10)(01)(01)000000如：如：(111)與與 ()l 例一、例一、求截距為求截距為 、1 1、 晶面的指晶面的指數(shù)。數(shù)。l 截距值取倒數(shù)為截距值取倒數(shù)為0 0、1 1、0 0，加圓括，加圓括弧得（弧得（010010）l 例二、例二、求截距為求截距為2 2、3 3、 晶面的指晶面的指數(shù)。數(shù)。 l 取倒數(shù)為取倒數(shù)為1/21/2、1/3 1/3 、 0, 0, 按比例按比例化為最小整數(shù)加圓括弧得（化為最小整數(shù)加圓括弧得（320320）l 例三、例三、畫出（畫出（112112）晶面）晶面 取三指數(shù)

40、的倒數(shù)取三指數(shù)的倒數(shù)1 1、1 1、1/2, 1/2, 化成最化成最小整數(shù)為小整數(shù)為2 2、2 2、1 1，即為，即為X X、Y Y、Z Z三坐標軸上的截距三坐標軸上的截距100111l 晶面族與晶向族晶面族與晶向族l ( (hklhkl) )與與 uvwuvw 分別表示的是一組平行的晶面和晶向。分別表示的是一組平行的晶面和晶向。l 指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶面和晶向稱作晶指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶面和晶向稱作晶面族或晶向族。分別用面族或晶向族。分別用 hklhkl 和和 表示。表示。)111()111()111()111(:111)110()011()101()011()

41、101()110(:110)001()010()100(:100 、110（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY111111111111 :111110011101011101110 :110001010100 :100 、111111111111XZY說明：說明： 在立方晶系中，指數(shù)在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相相同的晶面與晶向相互垂直互垂直。 遇到負指數(shù)，遇到負指數(shù)，“-”-”號放在該指數(shù)的上方。號放在該指數(shù)的上方。晶向具有方向性，晶向具有方向性，如如110與與110方方向相反。向相反。XZY(221)221110110l 三種常見晶格的密排面和密排方向三

42、種常見晶格的密排面和密排方向l 單位面積晶面上單位面積晶面上的原子數(shù)稱晶面原子密度。的原子數(shù)稱晶面原子密度。l 單位長度晶向上單位長度晶向上的原子數(shù)稱晶向原子密度。的原子數(shù)稱晶向原子密度。l 原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面密排面數(shù)量數(shù)量密排方向密排方向數(shù)量數(shù)量體心立方晶格體心立方晶格11064面心立方晶格面心立方晶格11146密排六方晶格密排六方晶格六方底六方底面面1底面對角底面對角線線3100111110ABCDEOF（110） 晶面的截距可以為負數(shù)晶面的截距可以為負數(shù), , 在指數(shù)上加負號在指數(shù)上加負號, , 如如 。 若某個

43、晶面若某個晶面 的指數(shù)都乘以的指數(shù)都乘以-1,-1,則得到晶則得到晶面面 , , 則晶面則晶面 與與 屬于一組平行晶面。屬于一組平行晶面。立方晶胞中的主要晶面立方晶胞中的主要晶面晶面指數(shù)的一般標記為晶面指數(shù)的一般標記為( (hklhkl) )。實際表示一組原子。實際表示一組原子排列相同的平行晶面。排列相同的平行晶面。晶面族：晶面族：在立方晶系中在立方晶系中, , 原子排列相同但在空間位向不同的晶原子排列相同但在空間位向不同的晶面組成晶面族。面組成晶面族。晶面族用大括號表示晶面族用大括號表示, , 即即 hklhkl 。111 111 晶面族晶面族在立方晶胞中在立方晶胞中 組成組成111111晶

44、面族：晶面族：若兩個晶向的全部指數(shù)數(shù)值相同而符號相反若兩個晶向的全部指數(shù)數(shù)值相同而符號相反, , 則則它們相互平行或為同一原子列它們相互平行或為同一原子列, , 但方向相反。但方向相反。 如如110110與與 。 若只研究原子排列情況若只研究原子排列情況, , 則晶向則晶向110110與與 可用同一個指數(shù)可用同一個指數(shù)110110表示。表示。晶向族晶向族原子排列情況相同而在空間位向不同的晶向組原子排列情況相同而在空間位向不同的晶向組成晶向族。成晶向族。晶向族用尖括號表示晶向族用尖括號表示, , 即即 。如如: = 100 + 010 + 001: = 100 + 010 + 001在立方晶系中

45、在立方晶系中, , 一個晶面指數(shù)與一個晶向指數(shù)數(shù)值和符號相一個晶面指數(shù)與一個晶向指數(shù)數(shù)值和符號相同時同時, , 則該晶面與該晶向互相垂直。則該晶面與該晶向互相垂直。如：如：(111)111(111)111。晶面與晶向互相垂直晶面與晶向互相垂直4. 4. 密排面和密排方向密排面和密排方向 不同晶體結(jié)構(gòu)中不同晶面、不同晶向上原子排列密度不同晶體結(jié)構(gòu)中不同晶面、不同晶向上原子排列密度不一樣。不一樣。密排面：密排面：原子密度最大的晶面。原子密度最大的晶面。密排方向：密排方向：原子密度最大的晶向。原子密度最大的晶向。 在體心立方晶格中，在體心立方晶格中， 密排面為密排面為110110。 密排方向為密排方

46、向為。 在面心立方晶格中在面心立方晶格中, , 密排面為密排面為111111。 密排方向為密排方向為。體心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度體心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度晶面晶面 指數(shù)指數(shù) 體心立方晶格體心立方晶格 面心立方晶格面心立方晶格晶面原子晶面原子 排列示意圖排列示意圖 晶面原子晶面原子密度密度( (原子數(shù)原子數(shù)/ /面積面積) ) 晶面原子晶面原子 排列示意圖排列示意圖 晶面原子晶面原子密度密度( (原子數(shù)原子數(shù)/ /面積面積) ) 100 100 110 110 111 111 體心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度體心立方、面心立方晶格主要晶向的原

47、子排列和密度晶向晶向 指數(shù)指數(shù) 體心立方晶格體心立方晶格 面心立方晶格面心立方晶格晶向原子晶向原子 排列示意圖排列示意圖 晶向原子晶向原子密度密度( (原子數(shù)原子數(shù)/ /長度長度) ) 晶向原子晶向原子 排列示意圖排列示意圖 晶向原子晶向原子密度密度( (原子數(shù)原子數(shù)/ /長度長度) ) XYZXYZ金屬晶體的特性 1. 1. 金屬晶體具有確定的熔點金屬晶體具有確定的熔點 純金屬緩慢加熱到一定溫度純金屬緩慢加熱到一定溫度, , 固態(tài)金屬熔化成為液態(tài)固態(tài)金屬熔化成為液態(tài)金屬。熔化過程中溫度不變。金屬。熔化過程中溫度不變。熔化溫度熔化溫度( (T T0 0) )稱為稱為熔點熔點。晶體和非晶體的熔化

48、曲線晶體和非晶體的熔化曲線非晶體材料在加熱非晶體材料在加熱時時, , 固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐汗虘B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時態(tài)時, , 溫度變化。溫度變化。 2. 2. 金屬晶體具有各向異性金屬晶體具有各向異性在晶體中在晶體中, , 不同晶面和晶向上原子排列的方不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，它們之間的結(jié)合力的大小也式和密度不同，它們之間的結(jié)合力的大小也不相同，因而金屬晶體不同方向上的性能不不相同，因而金屬晶體不同方向上的性能不同。這種性質(zhì)叫做晶體的同。這種性質(zhì)叫做晶體的各向異性各向異性。 單晶體鐵單晶體鐵( (只含一個晶粒只含一個晶粒) )的彈性模量，的彈性模量， 方向上為方向上為2.902.9010105

49、 5 MPa, MPa, 方向上只有方向上只有1.351.3510105 5 MPaMPa。 單晶體鐵在磁場中沿單晶體鐵在磁場中沿方向磁化容方向磁化容易。制造變壓器用的硅鋼片的易。制造變壓器用的硅鋼片的方向應平方向應平行于導磁方向，以降低變壓器的鐵損。行于導磁方向，以降低變壓器的鐵損。 鋅在鹽酸中溶解時，晶面的溶解速度鋅在鹽酸中溶解時，晶面的溶解速度的次序從大到小是：的次序從大到小是： 各向異性：各向異性：晶體晶體在不同的方向上的力學、在不同的方向上的力學、物理和化學等方面的性能不一樣。物理和化學等方面的性能不一樣。 各向同性：各向同性：非晶體非晶體在各個方向上性能完在各個方向上性能完全相同，

50、這種性質(zhì)叫非晶體的全相同，這種性質(zhì)叫非晶體的各向同性各向同性。 偽各向同性：偽各向同性：實際使用的金屬實際使用的金屬, , 內(nèi)部有內(nèi)部有許多晶粒組成，每個晶粒在空間分布的位向許多晶粒組成，每個晶粒在空間分布的位向不同，在宏觀上沿各個方向上的性能趨于相不同，在宏觀上沿各個方向上的性能趨于相同，晶體的各向異性顯示不出來。同，晶體的各向異性顯示不出來。 練習練習 寫出體心立方晶格、面心立方晶格的寫出體心立方晶格、面心立方晶格的密排面和密排方向。密排面和密排方向。晶體缺陷類型晶體缺陷類型（1 1）點缺陷：空位、間隙原子、異類（雜質(zhì)）原子）點缺陷：空位、間隙原子、異類（雜質(zhì)）原子（2 2）線缺陷：位錯）

51、線缺陷：位錯（3 3）面缺陷：晶界與亞晶界）面缺陷：晶界與亞晶界（4 4）體缺陷：氣泡、空洞、鑲嵌塊、沉淀相）體缺陷：氣泡、空洞、鑲嵌塊、沉淀相一、點缺陷一、點缺陷 在三維尺度上都很小的的缺陷。在三維尺度上都很小的的缺陷。如果間隙原子是其它元素就稱為如果間隙原子是其它元素就稱為: : 異類原子異類原子（雜質(zhì)原子）（雜質(zhì)原子）空位空位間隙原子間隙原子實際金屬中的晶體缺陷實際金屬中的晶體缺陷 實際金屬存在不同類型的缺陷。實際金屬存在不同類型的缺陷。（1 1）空位）空位晶格中某結(jié)點上沒有原子。有晶格中某結(jié)點上沒有原子。有利于金屬內(nèi)部原子的擴散。利于金屬內(nèi)部原子的擴散。（2 2）間隙原子）間隙原子位于

52、晶格間隙之中的原子叫間隙位于晶格間隙之中的原子叫間隙原子。原子。（3 3）異類原子）異類原子純金屬中存在的其它元素。純金屬中存在的其它元素。異類原子與金屬原子的半徑接近時異類原子與金屬原子的半徑接近時, , 占據(jù)晶格的一占據(jù)晶格的一些結(jié)點些結(jié)點; ; 異類原子的半徑比金屬原子的半徑小得多異類原子的半徑比金屬原子的半徑小得多, , 位于晶位于晶格的空隙中。格的空隙中。 異類原子異類原子 老師提示：老師提示：點缺陷造成局部晶格畸變點缺陷造成局部晶格畸變, , 使金屬使金屬的電阻率、屈服強度增加的電阻率、屈服強度增加, , 密度發(fā)生變化。密度發(fā)生變化。 指兩維尺度很小而第三維尺度很大的缺陷，叫指兩維

53、尺度很小而第三維尺度很大的缺陷，叫位錯。由晶體中原子平面的錯動引起。位錯。由晶體中原子平面的錯動引起。二、線缺陷二、線缺陷 刃型位錯與螺型位錯刃型位錯與螺型位錯二、線缺陷二、線缺陷 刃型位錯與螺型位錯刃型位錯與螺型位錯刃型位錯刃型位錯（1）刃型位錯）刃型位錯刃型位錯：晶體的一部分出刃型位錯：晶體的一部分出現(xiàn)一個多余的半原子面，如現(xiàn)一個多余的半原子面，如切入晶體的刀片，刀片的刃切入晶體的刀片，刀片的刃口線即為位錯線?？诰€即為位錯線。半原子面在上面的稱正刃型半原子面在上面的稱正刃型位錯位錯, , 半原子面在下面的稱半原子面在下面的稱負刃型位錯。負刃型位錯。位錯位錯地毯挪動晶體局部滑移造成的刃型位錯

54、刃型位錯形成的原因特點：滑移方向與位錯線垂直，符號特點：滑移方向與位錯線垂直，符號，有多余半片原子面。，有多余半片原子面。（2 2）螺型位錯）螺型位錯螺型位錯示意圖螺型位錯：晶體右邊的螺型位錯：晶體右邊的上部相對于下部向后錯上部相對于下部向后錯動一個原子間距，晶面動一個原子間距，晶面發(fā)生錯動，錯動區(qū)的原發(fā)生錯動，錯動區(qū)的原子用線連接起來，成螺子用線連接起來，成螺旋狀。旋狀。晶體局部滑移造成的螺型位錯螺型位錯的形成原因螺型位錯的形成原因特點：滑移方向與位錯線平行，與位錯線垂直的面不是平面，特點：滑移方向與位錯線平行，與位錯線垂直的面不是平面，呈螺絲狀，稱螺型位錯。呈螺絲狀，稱螺型位錯。a-正常面

55、網(wǎng)正常面網(wǎng)b-刃型位錯刃型位錯c-螺型位錯螺型位錯線缺陷原子面網(wǎng)示意圖線缺陷原子面網(wǎng)示意圖刃型位錯的運動刃型位錯的運動螺型位錯的運動螺型位錯的運動混合型位錯的運動混合型位錯的運動塑性變形中位錯的運動塑性變形中位錯的運動位錯的形成：位錯的形成：在金屬的結(jié)晶、塑性變形和相變等過在金屬的結(jié)晶、塑性變形和相變等過程中形成。程中形成。位錯的量：位錯的量：用位錯線長度來表示。用位錯線長度來表示。位錯密度：位錯密度：單位體積中位錯線的總長度單位體積中位錯線的總長度， 即即 式中：式中： 為位錯密度為位錯密度, , 單位為單位為m m-2-2， LL 為位錯線總長度為位錯線總長度, , 單位為單位為m, m,

56、 V V為體積為體積, , 單位為單位為m m3 3。位錯對性能的影響：位錯對性能的影響： 退火金屬中位錯密度一般為退火金屬中位錯密度一般為 1010101012 12 m m-2-2 左右。左右。 當金屬為理想晶體或含極少量位錯時當金屬為理想晶體或含極少量位錯時, , 金屬的屈服金屬的屈服強度強度 s s 很高。很高。 當含有一定量的位錯時當含有一定量的位錯時, , 強度降低。強度降低。 當進行形變加工時當進行形變加工時, , 位錯密度增加位錯密度增加, , s s 將會增高。將會增高。 不銹鋼中的位錯線不銹鋼中的位錯線金屬的強度與位錯密度的關(guān)系金屬的強度與位錯密度的關(guān)系三、面缺陷三、面缺陷

57、晶粒（單晶體）晶粒（單晶體）晶界晶界涉及較大范圍（二維方向），如：晶界、晶體的表面及堆垛層錯。涉及較大范圍（二維方向），如：晶界、晶體的表面及堆垛層錯。亞晶界亞晶界晶界(grain boundary)：多數(shù)晶體物質(zhì)是由許多晶粒所組成,屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面. 亞晶界(subgrain boundary) ：每個晶粒有時又由若干個位向稍有差異的亞晶粒所組成,相鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界.晶粒的平均直徑通常在0.0150.25nm范圍內(nèi),而亞晶粒的平均直徑則通常為0.001nm. 面缺陷面缺陷二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷。二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷。（1 1）晶界）晶

58、界實際金屬為多晶體，每個晶?？梢晫嶋H金屬為多晶體，每個晶?？梢暈閱尉w。為單晶體。所有晶粒結(jié)構(gòu)相同所有晶粒結(jié)構(gòu)相同, , 位向不同位向不同, , 位位向差為幾十分、幾度或幾十度。向差為幾十分、幾度或幾十度。1Cr171Cr17不銹鋼的多晶體不銹鋼的多晶體晶界原子排列晶界原子排列示意圖示意圖晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界晶界。晶界在空間呈網(wǎng)狀；晶界上原子晶界在空間呈網(wǎng)狀；晶界上原子的排列規(guī)則性較差。的排列規(guī)則性較差。（2 2）亞晶界）亞晶界晶粒由許多位向相差很小的亞晶粒晶粒由許多位向相差很小的亞晶粒( (嵌鑲塊嵌鑲塊) )組成。亞晶粒之間的位向差組成。亞晶粒之間的位

59、向差只有幾秒、幾分，最多達只有幾秒、幾分，最多達1 12 2度。度。亞亞晶粒之間的邊界叫晶粒之間的邊界叫亞晶界亞晶界。亞晶界可。亞晶界可由位錯垂直排列成位錯墻而構(gòu)成。由位錯垂直排列成位錯墻而構(gòu)成。晶界和亞晶界均可提高金屬的強度。晶界晶界和亞晶界均可提高金屬的強度。晶界越多越多, , 晶粒越細晶粒越細, , 金屬的塑性變形能力越金屬的塑性變形能力越大大, , 塑性越好。塑性越好。亞晶界亞晶界根據(jù)相鄰晶界之間的位向差（根據(jù)相鄰晶界之間的位向差（）不同，晶界可以分為兩類：）不同，晶界可以分為兩類：小角度晶小角度晶兩相鄰晶粒的位向差約小于兩相鄰晶粒的位向差約小于10，即，即10，一般由位錯組成。一般由

60、位錯組成。大角度晶界大角度晶界兩晶粒間的位向差較大，一般大于兩晶粒間的位向差較大，一般大于10晶界演示圖晶界演示圖01010180攣晶關(guān)系攣晶關(guān)系非共格攣晶界非共格攣晶界孿晶孿晶相鄰兩晶?；蛞粋€晶粒內(nèi)部相鄰兩部分沿一相鄰兩晶粒或一個晶粒內(nèi)部相鄰兩部分沿一 個公共晶面構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系。個公共晶面構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系。公共晶面就稱為公共晶面就稱為孿晶面孿晶面。孿晶間的界面稱為孿晶間的界面稱為孿晶界孿晶界。1.1.21.1.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu) 組元：組元：組成合金的獨立的、最基本的單元。組成合金的獨立的、最基本的單元。組元可以是金屬、非金屬元素或穩(wěn)定化合物。組元可以是金屬、非金