金屬的晶體結(jié)構(gòu)ppt課件

1、第二章第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)（金屬的晶體結(jié)構(gòu)（P11P11）w 第一節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)w 第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)根據(jù)原子在物質(zhì)內(nèi)部的排列方式，可將固態(tài)物質(zhì)分為兩大類： 1）晶體內(nèi)部原子呈規(guī)則排列的物質(zhì)。如固態(tài)金屬；2）非晶體內(nèi)部原子無(wú)規(guī)則排列的物質(zhì)。如松香、玻璃等。 金屬的晶體結(jié)構(gòu)：是指金屬材料內(nèi)部的原子的排列規(guī)律。它決定著材料的顯微組織特性和材料的宏觀性能。1；.第一節(jié)第一節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)（P13）w 金屬鍵：金屬原子間的結(jié)合鍵稱為金屬鍵。（帶負(fù)電的自由電子與帶正電的的金屬正離子之間產(chǎn)生靜電吸引力，使金屬原子結(jié)合在一起，這就是金屬鍵結(jié)合的本質(zhì)。w 金屬特性：良好的導(dǎo)電性

2、和導(dǎo)熱性；強(qiáng)度高；具有塑性；有固定熔點(diǎn)；各向異性。金屬鍵模型圖2；.一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（一）基本概念（P13）1、晶格：晶格：用于描述原子在晶體中排列規(guī)律的三維空間幾何點(diǎn)陣。（把原子看成是 一個(gè)幾何質(zhì)點(diǎn)，把原子之間的相互聯(lián)系與作用假想為幾何直線）3；.一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（一）基本概念（P13）1、晶胞、晶胞：晶格中能夠代表晶格特征的最小幾何單元。2、晶格參數(shù)晶格參數(shù)：晶體學(xué)中用來(lái)描述晶胞大小與形狀的幾何參數(shù)。包括晶胞的三個(gè)棱邊長(zhǎng)度a、b、c和三個(gè)棱邊夾角、。3、晶格常數(shù)晶格常數(shù)：決定晶胞大小的三個(gè)棱長(zhǎng)a、b、c。4；.（二）金屬中常見(jiàn)的晶格1

3、、體心立方晶格（P14）w 晶格參數(shù)晶格參數(shù) a=b=c；=90；立方體八個(gè)角上各有一個(gè)原子，體心處有一個(gè)原子。每個(gè)晶胞中原子數(shù)為2=1/88+1。w 屬于體心 立方晶格 的常用金 屬：鉻、 鎢、鉬、 釩、鐵、 鈦、鈮 等。5；.2、面心立方晶格（P14）w 晶格參數(shù)：晶格參數(shù)：a=b=ca=b=c；=90=90；晶胞的八個(gè)角上各有一個(gè)原子，立方體六個(gè)面的面心各有一個(gè)原子。每個(gè)晶胞中原子數(shù)為4=1/88+1/26 w 屬于面心立方晶格的常用金屬：鐵、鋁、銅、鎳等。 6；.3、密排立方晶格（P14）w 晶格參數(shù)晶格參數(shù)：a=bc；=90、=120；每個(gè)晶胞中原子數(shù)為：6=1/612+1/22+3

4、。w 屬于密排六方晶格的常用金屬：鎂、鋅、鈹、鈦、鎘等。7；.（三）晶格的致密度（P14）w 致密度=原子所占的總體積晶胞的體積w 體心立方晶格的致密度=0.68w 面心立方晶格的致密度=0.74w 密排六方晶格的致密度=0.743333)43(342342aaar8；.（四）晶面指數(shù)與晶向指數(shù)（P16）w 晶面晶面：晶體中由物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所組成的平面。w 晶向晶向：由物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所決定的直線。w 每一組平行的晶面和晶向都可用一組數(shù)字來(lái)標(biāo)定其位向。這組數(shù)字分別稱為晶面指數(shù)和晶向指數(shù)。w 晶面指數(shù)的確定晶面指數(shù)的確定：晶面與三個(gè)坐標(biāo)軸截距的倒數(shù)取最小整數(shù)，用圓括號(hào)表示。如（111）、（112）。w 晶向指

5、數(shù)的確定晶向指數(shù)的確定：通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)直線上某一點(diǎn)的坐標(biāo)，用方括號(hào)表示。如111 9；.3、晶面族與晶向族（P16）w 晶面族晶面族：晶面指數(shù)中各個(gè)數(shù)字相同但是符號(hào)不同或排列順序不同的所有晶面。這些晶面上的原子排列規(guī)律相同，具有相同的原子密度和性質(zhì)。如110=（110）+（101）+（011）+（101）+（110）+（011）w 晶向族晶向族：原子排列密度完全相同的晶向。如=111+111+111+111 10；.（五）晶體的各向異性（P17） 在晶體中，由于各個(gè)晶面和晶向上原子排列密度不同，使原子間的相互作用力也不相同。因此在同一單晶體內(nèi)不同晶面和晶向上的性能也是不同的。這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象稱

6、為晶體的各向異性為晶體的各向異性。 11；.（五）晶體的各向異性（P17）w 晶體分單晶體和多晶體晶體分單晶體和多晶體 單晶體：晶體內(nèi)各處晶格位向一致的晶體。 多晶體：晶體內(nèi)晶格位向不相同的晶體。w 實(shí)際金屬是多晶體實(shí)際金屬是多晶體 12；.（五）晶體的各向異性多晶體結(jié)構(gòu)（P17）13；.二、純金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu) （一）晶粒與亞晶粒 （P17）w 晶粒晶粒金屬晶體中，晶格位向基本一致，并有邊界與鄰區(qū)分開(kāi)的區(qū)域。（P18圖28）w 晶界晶界晶粒之間原子排列不規(guī)則的區(qū)域。w 實(shí)際金屬晶粒大小除取決于金屬種類外，主要取決于結(jié)晶條件和熱處理工藝。w 亞晶粒亞晶粒晶粒內(nèi)部晶格位向差小于2、3的更小的晶塊

7、。w 亞晶界亞晶界亞晶粒間的過(guò)渡區(qū)。 14；.（二）晶體中的晶體缺陷（P18）w 晶體缺陷晶體缺陷：是指晶體中原子排列不規(guī)則的區(qū)域。w 根據(jù)晶體缺陷的幾何特點(diǎn)幾何特點(diǎn)和對(duì)原子排列不規(guī)則性的影響范圍可分為三大類： 1、點(diǎn)缺陷 2、線缺陷 3、面缺陷 15；.1、點(diǎn)缺陷（P18）w 以一個(gè)點(diǎn)為中心，在它周圍造成原子排列不規(guī)則，產(chǎn)生晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力的缺陷。點(diǎn)缺陷類型主要有三種： （1）間隙原子 （2）晶格空位 （3）置換原子在晶格的結(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)原子直徑不同的異類原子的晶體缺陷置換原子示意圖16；.1、點(diǎn)缺陷（P18）間隙原子：間隙原子：在晶格的間隙處出現(xiàn)多余原子的晶體缺陷。晶格空位：晶格空位：在晶格的

8、結(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)缺少原子的晶體缺陷。17；.2、線缺陷（P19）w 主要是指各種形式的位錯(cuò)。w 位錯(cuò)：位錯(cuò)：是指晶體中某一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。w 位錯(cuò)密度： 單位體積內(nèi) 位錯(cuò)線的長(zhǎng) 度，（cm-2）18；.3、面缺陷（P19） 主要是指晶界晶界和亞晶界亞晶界。它是由于受到其兩側(cè)的不同晶格位向的晶?；騺喚Я５挠绊懚乖映什灰?guī)則排列。 19；.第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)一、基本概念（P20）w 合金：合金：是指由一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素，通過(guò)熔煉或燒結(jié)等方法所形成的具有金屬性質(zhì)金屬性質(zhì)的新金屬材料。如：碳素鋼（鐵、碳）；黃銅（銅、鋅）；鉛青銅（銅、鋅、鉛）w 組元：組

9、元：組成合金的最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。組成合金的各個(gè)化學(xué)元素及穩(wěn)定的化合物都 是組元。合金中有幾種組元就稱之為幾元合金。碳素鋼是二元合金二元合金，鉛青銅是三元合金三元合金。20；.第二節(jié)第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)一、基本概念一、基本概念w 合金系：合金系：是指具有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。如各種碳素鋼。w 相：相：是指在合金中，凡是化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分隔開(kāi)來(lái)的一個(gè)均勻區(qū)域。在一個(gè)相中可以有多個(gè)晶粒，但是一個(gè)晶粒中只能是同一個(gè)相。w 合金中有兩類基本的相結(jié)構(gòu)，固溶體和金屬化固溶體和金屬化合物。合物。 21；.第二節(jié)第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶

10、體結(jié)構(gòu)一、基本概念一、基本概念w 顯微組織：顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)、大小和分布。它可以看作是由各個(gè)相組成的。w 合金的顯微組織可以看作是由各個(gè)相所組成的，這些相稱為合金組織的相組成物相組成物；也可以看作是基本組織所組成的，這些基本組織稱為合金組織的組織組成物組織組成物。合金的力學(xué)性能不僅取決于它的化學(xué)成分，更取決于它的顯微組織。22；.二、合金的相結(jié)構(gòu)（P20）w 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)：是指合金中各個(gè)相的晶體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱相結(jié)構(gòu)相結(jié)構(gòu)。w 合金的相結(jié)構(gòu)通常分為兩大類： （一）固溶體 （二）金屬化合物23；.（一）固溶體（P20）w 固溶體：固溶體：合金結(jié)晶成固態(tài)時(shí)，溶

11、質(zhì)溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格中形成的一種與溶劑溶劑有相同晶格的相。w 固溶體與溶劑具有相同晶體結(jié)構(gòu)。與溶劑具有相同晶體結(jié)構(gòu)。w 固溶體的類型：1、間隙固溶體 ；2、置換固溶體 24；.1、間隙固溶體（P21）間隙固溶體：間隙固溶體： 溶質(zhì)原子分布于溶劑的晶格間隙中所形成的固溶體。都是有限固溶體，也是無(wú)序固溶體。25；.2、置換固溶體、置換固溶體(P21)w 置換固溶體：置換固溶體：溶質(zhì)原子代替溶劑原子占據(jù)著溶劑晶格結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體。w 置換固溶體可 以是有限固溶 體也可以是無(wú)無(wú) 限固溶體限固溶體。A：溶劑； B：溶質(zhì)a)無(wú)序固溶體b)有序固溶體26；.2、置換固溶體(P21)w 有限固溶體有

12、限固溶體: :固溶體的溶解度是有限的。w 無(wú)限固溶體：無(wú)限固溶體：固溶體的溶解度是無(wú)限的。（組成固溶體的兩種元素隨比例不同可以互為溶質(zhì)或溶劑。）w 形成無(wú)限固溶體的必要條件：必要條件： 是溶劑與溶質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)相同。27；.2、置換固溶體、置換固溶體(P21)w 無(wú)序固溶體無(wú)序固溶體: :溶質(zhì)原子的分布是無(wú)序的。w 有序固溶體有序固溶體: :溶質(zhì)原子的分布是有序的。w 固溶體的有序化固溶體的有序化: :無(wú)序固溶體向有序固溶體的轉(zhuǎn)變過(guò)程。 硬度和脆性增加，塑性下降。 28；.4、影響溶解度的主要因素（P22）w溶解度溶解度: :溶質(zhì)在固溶體中的極限濃度稱為溶質(zhì)在固溶體中的溶解度。w影響溶解度的主要

13、因素影響溶解度的主要因素: : 1)溫度 2)原子直徑因素 3)晶體結(jié)構(gòu)因素29；.5、固溶體的性能（P22）w 固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。固溶強(qiáng)化是金屬材料的一種重要的強(qiáng)化途徑。w 固溶體的性能：固溶體的性能：一般來(lái)說(shuō)，固溶體是一個(gè)硬度不高、塑性較好的一個(gè)相。30；.（二）金屬化合物（中間相）（P23）w 在合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過(guò)固溶體的溶解度時(shí)，除了形成固溶體外，還將出現(xiàn)新相。w 這個(gè)新相可能是一種新的固溶體，也可能是一種化合物。如：Fe3C、FeS。w 金屬化合物金屬化合物: :具有金屬性質(zhì)的化合物。（其晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元）31；.金屬

14、化合物的性能金屬化合物的性能（P23）w 金屬化合物性能金屬化合物性能: :一般都具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆。w 金屬化合物若以細(xì)小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會(huì)使合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強(qiáng)化第二相彌散強(qiáng)化。 w 在合金中，金屬化合物的多少、形態(tài)、大小、分布等對(duì)合金的性能有不同的影響。 32；.金屬化合物的種類金屬化合物的種類（P23）1 1、正常價(jià)化合物、正常價(jià)化合物: :這類化合物符合正常的原 子價(jià)規(guī)律，成分固定并有嚴(yán)格分子式的 金屬化合物。2 2、電子化合物、電子化合物:這類化合物不遵守原子價(jià)規(guī) 律而服從電子濃度規(guī)律。其晶體結(jié)構(gòu)主 要取決于電子濃度。33；.金屬化合物的種類（P23）3 3、間隙化合物、間隙化合物: :間隙化合物一般是由原子半徑較大的過(guò)渡族金屬元素和原子半徑較小的非金屬元素組成的化合物。(非金屬元素有規(guī)則的嵌入金屬元素晶格的間隙中）a)當(dāng)非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值小于0.59時(shí)，形成簡(jiǎn)單晶格的間隙化合物簡(jiǎn)單晶格的間隙化合物，稱間隙間隙相相. .b)當(dāng)非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值大于0.59時(shí)，則不能產(chǎn)生間隙相，