工程材料21_金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織ppt課件

1、復(fù)習(xí)：工程材料金屬材料高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料 離子鍵 共價(jià)鍵 化學(xué)鍵 金屬鍵 分子鍵 物理鍵 結(jié)合鍵：簡(jiǎn)單復(fù)雜單一性能綜合性能結(jié)構(gòu)材料功能材料單一材料復(fù)合材料.貫穿全課程的“綱”核心關(guān)系材料的結(jié)構(gòu)、性能、加工和使用狀況稱為材料科學(xué)與工程的四要素.What? “組織結(jié)構(gòu)”.第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.2 實(shí)際金屬的組織結(jié)構(gòu)2.3 金屬的結(jié)晶.主要內(nèi)容： 三種典型的晶體結(jié)構(gòu) 晶面指數(shù)、晶向指數(shù)的確定 晶體缺陷2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu). 晶體與非晶體 晶體：材料的原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則的 周期性排列。如金剛石、水晶、氯化鈉等。非晶體：材料的原子（離子、分子）無(wú)

2、規(guī)則排列，和液 體相似，亦稱為“過(guò)冷液體”或“無(wú)定形體”。如 玻璃、松香、石臘等。(a)、是否具有周期性、對(duì)稱性(b)、是否長(zhǎng)程有序(c)、是否有確定的熔點(diǎn)(d)、是否各向異性區(qū) 別.1理想晶體及其描述 理想晶體實(shí)際晶體的理想化三維空間無(wú)限延續(xù)，無(wú)邊界 嚴(yán)格按周期性規(guī)則排列 完整的，無(wú)缺陷的原子在其平衡位置靜止不動(dòng)晶體結(jié)構(gòu): 晶體中原子（離子、分子）的排列方式一、純金屬的晶體結(jié)構(gòu) .晶體學(xué)抽象： 空間規(guī)則排列的原子剛球模型晶格（剛球抽象為晶格結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成空間格架）晶胞（具有周期性最小組成單元）.空間點(diǎn)陣.2晶胞的描述 七個(gè)晶系：a=b=c,=90立方晶系a=bc,=90,=120六方晶系a=b=

3、c,=90菱方晶系abc,=90正方晶系abc,=90斜方晶系abc,=90單斜晶系abc, 三斜晶系軸(棱邊)之間的夾角晶系晶體學(xué)參數(shù)：三條棱邊長(zhǎng)a, b, c；三條棱邊之間的夾角,晶格常數(shù)：a, b, c（110-10m710-10m）.簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方簡(jiǎn)單六方.3三種典型的純金屬晶體晶胞 屬于此類(lèi)結(jié)構(gòu)的金屬有：堿金屬、難溶金屬（V、Nb、Cr、Mo、W）、a-Fe等屬于此類(lèi)結(jié)構(gòu)的金屬的有：Al、Cu、Au、Ag、-Fe、Ni、Pb以及奧氏體不銹鋼等。屬于此類(lèi)結(jié)構(gòu)的金屬有： Mg、Zn 、 a-Be、a-Ti、a-Zr、a-Co等。體心立方晶胞bcc(Body-centered c

4、ubic)面心立方晶胞fcc(Face-centered cubic)密排六方晶胞hcp(hexagonal close-packed).(1) 體心立方晶胞BCC Body-Centered Cubic 晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度BCCa=b=c,=902868%剛球模型晶胞原子數(shù)晶格模型.1) 晶格常數(shù)：a=b=c, =904) 配位數(shù)：晶格中與任一原子最近鄰且等距離的原子數(shù)目。2) 晶胞原子數(shù)：原子半徑：晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子間平 衡距離的一半致密度：晶胞中原子本身所占有的體積百分?jǐn)?shù)，即密排系數(shù) 體心立方晶胞的特征：8.在晶胞空隙中放入剛性球的最大半徑（它

5、等于頂點(diǎn)原子到空隙中心的距離減去原子半徑）。體心立方晶胞中有兩種空隙，一種是四面體空隙，另一種為八面體空隙?？障栋霃?(2) 面心立方晶胞FCC -Face-Centered Cubic晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度FCCa=b=c,=9041274%剛球模型晶胞原子數(shù)晶格模型.面心立方晶胞的特征：1) 晶格常數(shù)：a=b=c, =904) 配位數(shù)：2) 晶胞原子數(shù)：原子半徑：致密度： 12.空隙半徑 .（3）密排六方晶胞HCP-Hexagonal Close-Packed 晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度HCPa=bc,c/a=1.633=90 =120a/26127

6、4%剛球模型晶胞原子數(shù)晶格模型.空隙半徑.BCC、FCC、HCP晶胞的重要參數(shù) 晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度空隙半徑BCCa=b=c,=90o2868%r四0.29r原子r八0.15r原子FCCa=b=c,=90o41274%r四0.225r原子r八0.414r原子HCPa=bc,c/a=1.633, =90o, =120oa/261274%r四0.225r原子r八0.414r原子.4.金屬晶體中的晶面和晶向晶面：在晶體學(xué)中，通過(guò)晶體中原子中心的平面晶向：通過(guò)原子中心的直線所指的方向XYabcXYZabc.（1）立方晶系的晶面表示方法. 確定欲定晶面外的原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，寫(xiě)出欲

7、定晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。 取三個(gè)截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，加圓括弧，形式為（hkl）。立方晶系晶面指數(shù)的標(biāo)定.例一.畫(huà)出截距為、1、晶面的指數(shù) 截距值取倒數(shù)為0、1、0，加圓括弧得（010）例二. 畫(huà)出（112）晶面 取三指數(shù)的倒數(shù)1、1、1/2, 化成最小整數(shù)為2、2、1，即為X、Y、Z三坐標(biāo)軸上的截距.相互平行的晶面晶面指數(shù)相同（或指數(shù)相同符號(hào)相反）(hkl) 表示的是一組平行的晶面晶面族：原子排列情況相同而空間位向不同（不平行）的晶面 1 11 立方晶胞中主要晶面(100)(111)()(110).立方晶系常見(jiàn)的晶面為：任意交換指數(shù)的位置和改變符號(hào),都是該族的范圍 .110（

8、110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY.立方晶系常見(jiàn)的晶面.晶向指數(shù)確定的步驟BXYZoAB1） 確定坐標(biāo)系（例：xyz）；2） 過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，作直線與待求晶向平行（例：引OB /AB）; 3） 在該直線上任取一點(diǎn)，并確定該點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y，z） （例：B點(diǎn)坐標(biāo)為-1,1,0）；4） 將此值化成最小整數(shù):u v w ，并加以方括號(hào)u v w即是 （例：AB晶向指數(shù)為 1 0）。 （代表一組互相平行，方向一致的晶向）（2）立方晶系的晶向表示方法. 確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，過(guò)原點(diǎn)作所求晶向的平行線。 求直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值并按比例化為最小整數(shù)，加方括弧。形式為uvw。立方晶系

9、晶向指數(shù)的標(biāo)定.例一、已知某過(guò)原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為1、1.5、2，畫(huà)出該晶向。將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得234。例二、已知晶向指數(shù)為110, 畫(huà)出該晶向。找出1、1、0坐標(biāo)點(diǎn),連接原點(diǎn)與該點(diǎn)的直線即所求晶向。110234.相互平行的晶向晶向指數(shù)相同（或指數(shù)相同符號(hào)相反）u v w表示的是一組平行的晶向晶向族：原子排列情況相同而空間位向不同（不平行）的晶向xzy100立方晶胞中主要晶向01000111111010.立方晶系常見(jiàn)的晶向?yàn)椋?立方晶系常見(jiàn)的晶向.111111111111XZY.注意：立方晶系中，晶向指數(shù)與晶面指數(shù)數(shù)值和符號(hào)相同時(shí)，該晶面與晶向垂直，例：（1 1 1） 1 1

10、1 遇到負(fù)指數(shù)，“-”號(hào)放在該指數(shù)的上方同一直線相反兩個(gè)方向的晶向指數(shù)符號(hào)相反如110與110方向相反。.(3) 六方晶格的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)(h k i l ), i= -( h+k )u v t w, t= -( u+v )四軸坐標(biāo)系：a1，a2，a3，c120 120 a1ca2a3. BCC中，密排面為1 1 0；密排方向?yàn)?FCC中，密排面為1 1 1；密排方向?yàn)?4) 密排面與密排方向 原子密度最大的晶向 原子密度最大的晶面.密排面數(shù)量密排方向數(shù)量體心立方晶格11064面心立方晶格11146密排六方晶格六方底面1底面對(duì)角線3密排面和密排方向.三種常見(jiàn)晶格的密排面和密排方向六方底面底

11、面對(duì)角線密排六方晶格面心立方晶格體心立方晶格.體心立方(110)面面心立方(111)面密排六方底面.5.晶體的特性（1）有確定的熔點(diǎn)熔點(diǎn)晶體非晶體時(shí)間溫度晶體和非晶體的熔化曲線.不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的現(xiàn)象 晶體具有各向異性的原因，是由于在不同晶向上的原子緊密程度不同所致。原子的緊密程度不同，意味著原子之間的距離不同，則導(dǎo)致原子間結(jié)合力不同，從而使晶體在不同晶向上的物理、化學(xué)和機(jī)械性能不同。 實(shí)際金屬不表現(xiàn)各向異性(多晶體)（2）各向異性.作業(yè)：輔助教材P6，1、3、41.標(biāo)出圖1-1中給定的晶面與晶向。 ； ； ； ； ； ； ； ；.3、常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們的原子排列和晶格常