工程材料材料的結(jié)構(gòu)

工程材料材料的結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日晶格與晶胞第二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2晶系：根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。90%以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：a=b=c，===90六方晶系：a1=a2=a3

c，==90，=120立方六方四方菱方正交單斜三斜晶格常數(shù)：晶胞個(gè)邊的尺寸a、b、c。各棱間的夾角用、、表示。第三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日3原子半徑：晶胞中原子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。4晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。5配位數(shù)及致密度：配位數(shù)是指晶格中與任一原子距離最近且相等的原子數(shù)目。致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。第四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日1.體心立方晶格二、常見金屬的晶格類型第五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日體心立方晶格的參數(shù)第六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日體心立方晶格原子個(gè)數(shù)：2配位數(shù)：

8致密度：0.68常見金屬：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等晶格常數(shù)：a(a=b=c)原子半徑：第七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2面心立方晶格第八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日面心立方晶格的參數(shù)第九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日

a42r=：原子半徑原子個(gè)數(shù)：4配位數(shù)：

12致密度：0.74常見金屬：

-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等晶格常數(shù)：a面心立方晶格第十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日3密排六方結(jié)構(gòu)(h.c.p)第十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日a21r=：原子半徑原子個(gè)數(shù)：6配位數(shù)：

12致密度：0.74常見金屬：

Mg、Zn、Be、Cd等晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng)a和高c，

c/a=1.633密排六方晶格第十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日三、立方晶系晶面、晶向表示方法晶體中各方位上的原子面稱晶面。各方向上的原子列稱晶向。⑴晶面指數(shù)表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)。其確定步驟為：第十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日①確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。②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）。第十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日⑵

晶向指數(shù)表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)。其確定步驟為：第十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日①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。②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]。第十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日⑶

晶面族與晶向族(hkl)與[uvw]分別表示的是一組平行的晶向和晶面。指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱作晶向族或晶面族。分別用{hkl}和<uvw>表示。第十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日立方晶系常見的晶面為：第十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日{(diào)110}（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY第十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日立方晶系常見的晶向?yàn)椋旱诙?yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日<111>[111][111][111][111]XZY第二十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日說(shuō)明：①

在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。②遇到負(fù)指數(shù)，“-”號(hào)放在該指數(shù)的上方。--③晶向具有方向性，如[110]與[110]方向相反。XZY(221)[221][110][110]第二十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（四）、金屬的實(shí)際結(jié)構(gòu)與晶體缺陷純鐵組織晶粒示意圖⑴單晶體與多晶體單晶體：其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。多晶體：晶粒：實(shí)際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱為晶粒。第二十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日晶界：晶粒之間的交界面。晶粒越細(xì)小，晶界面積越大。多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。光學(xué)金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖第二十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日1.點(diǎn)缺陷

空間三維尺寸都很小的缺陷?？瘴婚g隙原子置換原子第二十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2.線缺陷—晶體中的位錯(cuò)位錯(cuò)：晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體發(fā)生局部滑移，滑移面上滑移區(qū)與未刃型位錯(cuò)

螺型位錯(cuò)滑移區(qū)的交界線稱作位錯(cuò)。分為刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。第二十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)刃位錯(cuò)的形成第二十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日刃型位錯(cuò)：當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出半個(gè)原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多余原子面的邊緣就是刃型位錯(cuò)。半原子面在滑移面以上的稱正位錯(cuò)，用“┴”表示。半原子面在滑移面以下的稱負(fù)位錯(cuò)，用“┬”表示。第二十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。=S/V(cm/cm3或1/cm2)金屬的位錯(cuò)密度為104~1012/cm2位錯(cuò)對(duì)性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑。減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。金屬晶須退火態(tài)(105-108/cm2)

加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2)

第二十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日3.面缺陷—晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過(guò)度部位，寬度為5~10個(gè)原子間距，位向差一般為20~40°。第三十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日亞晶粒大角度和小角度晶界位錯(cuò)壁亞晶粒是組成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10’~2)的小晶塊。亞晶粒之間的交界面稱亞晶界。亞晶界也可看作位錯(cuò)壁。第三十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日二、合金的相結(jié)構(gòu)合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組成合金的元素相互作用可形成不同的相。Al-Cu兩相合金黃銅第三十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日所謂相是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。顯微組織實(shí)質(zhì)上是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。固態(tài)合金中的相分為固溶體和金屬化合物兩類。單相合金兩相合金第三十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（一）固溶體合金中其結(jié)構(gòu)與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固相稱固溶體。習(xí)慣以、、表示1.固溶體的分類按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。Cu-Ni置換固溶體Fe-C間隙固溶體第三十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日a）置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。溶質(zhì)原子呈無(wú)序分布的稱無(wú)序固溶體，呈有序分布的稱有序固溶體。黃銅置換固溶體組織第三十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日b）

間隙固溶體溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般是過(guò)渡族元素。形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質(zhì)/r劑<0.59。間隙固溶體都是無(wú)序固溶體。第三十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2.固溶體的性能隨溶質(zhì)含量增加,固溶體的強(qiáng)度、硬度增加,塑性、韌性下降—固溶強(qiáng)化。產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變及對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用。與純金屬相比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。第三十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（二）金屬化合物合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱金屬化合物。金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成。1.

正常價(jià)化合物—符合正常原子價(jià)規(guī)律。如Mg2Si2.電子化合物—符合電子濃度規(guī)律。如Cu3Sn。

電子濃度為價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)的比值。3.

間隙化合物—由過(guò)渡族元素與C、N、B、H等小原子半徑的非金屬元素組成。第三十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日(1).間隙相：r非/r金0.59時(shí)形成的具有簡(jiǎn)單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。如M4X(Fe4N)、M2X(Fe2N、W2C)、MX(TiC、VC、TiN)等。間隙相具有金屬特征和極高的硬度及熔點(diǎn)，非常穩(wěn)定。部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。VC