第一章 緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)

歡迎走近《金屬學(xué)與熱處理》的世界第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)重點：①一個中心：金屬及合金的成分、組織結(jié)構(gòu)間的變化規(guī)律；②二個圖形：相圖、Ｃ曲線；③五大轉(zhuǎn)變：珠光體轉(zhuǎn)變、奧氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變、回火轉(zhuǎn)變；④四把大火：正火、退火、淬火、回火；⑤八大鋼種：滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、軸承鋼、刃具鋼、模具鋼、量具鋼、特殊性能鋼。第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬1、金屬的特點：外觀特征：金屬光澤和不透明性；正的電阻溫度系數(shù)；良好的機械性能，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性；2、金屬的原子結(jié)構(gòu)：最外層電子只有1-2個，次外層不滿。金屬鍵：正離子沉浸在電子云中，依靠運動于其間的公有化的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來的方式叫做金屬鍵；無方向性和飽和性。3、固態(tài)金屬的特性：導(dǎo)電、導(dǎo)熱、電阻、有光澤、不透明第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)4、結(jié)合力結(jié)合力：包括：正離子與周圍自由電子之間的吸引力；正離子與正離子以及電子與電子之間的排斥力；吸引力與排斥力的代數(shù)和，如圖從圖中可知：當(dāng)d=d0時，吸引力＝排斥力，結(jié)合力＝0，d0即相當(dāng)于原子的平衡位置；當(dāng)d＜d0時，排斥力＞吸引力，原子之間相互排斥，使Ｂ原子回到d0位置；當(dāng)d＞d0時，吸引力＞排斥力，原子之間相互吸引，使Ｂ原子回到d0位置；原子間最大結(jié)合力不在平衡位置，而在dc位置，此最大結(jié)合力對應(yīng)著金屬的理論抗拉強度。第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)5、結(jié)合能：結(jié)合能：吸引能與排斥能的代數(shù)和，如圖從圖中可知；當(dāng)d=d0時，其結(jié)合能最低，故任何對平衡位置的偏離，都使原子的勢能增加，從而使之恢復(fù)到平衡位置；EAB：原子間的結(jié)合能或鍵能；推廣出固態(tài)金屬中的原子趨于規(guī)則排列的原因；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)

第二節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、晶體與非晶體：晶體：內(nèi)部的原子在三維空間按一定的規(guī)律周期性的重復(fù)排列著；例如：鉆石、冰、食鹽、各種金屬構(gòu)件等；非晶體：內(nèi)部的原子是散亂分布著，至多有些局部的短程規(guī)則排列；例如：玻璃、棉花、松香等；2、晶體的性能特點：晶體具有一定的熔點；晶體具有各向異性；晶體一般具有特定的幾何形狀；相互轉(zhuǎn)換。第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)3、晶體學(xué)概念簡介：空間點陣：描繪晶體中原子（離子或分子）排列規(guī)律的空間格架，也叫晶格。如圖晶胞：從晶格中選取的能夠完全反映原子排列規(guī)律的最小幾何單元。晶胞的點陣參數(shù)：坐標(biāo)軸：Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸晶格常數(shù)：晶胞的棱邊長度以ａ、ｂ、ｃ表示；軸間夾角：晶胞棱邊夾角分別以α、β、γ表示；晶系：根據(jù)六大參數(shù)之間的關(guān)系，將晶體分為七大晶系，十四種布拉菲點陣，如書Ｐ6表1－1所示；最典型最常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有三種：體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)、密排六方結(jié)構(gòu)；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)這里將晶體的實際質(zhì)點忽略而抽象為純粹的幾何點，稱陣點或結(jié)點，用許多平行直線將這些陣點連接，構(gòu)成三維空間格架第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)4、三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)：1）體心立方晶格（bcc）：如圖①原子分布：晶胞的八個頂點各有一個原子，在立方體的中心還有一個原子；②原子數(shù)：③晶格常數(shù)：a=b=c；α=β=γ=90°；④原子半徑：在立方體的對角線方向上的原子是彼此緊密排列的；r=

⑤致密度：用來描述晶胞中原子排列的緊密程度；為晶胞中所含的原子所占的體積與該晶胞的體積之比，用K表示。第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)

致密度：k=nv1/Vn：一個晶胞中實際包含的原子個數(shù)；v1：一個原子的體積（按球形計算）；V：晶胞的體積；舉例：bcc的k=0.68（n=2；v1=4/3r3；V=a3）；此值表明，在bcc中有68%的體積被原子所占據(jù)，其余為間隙。⑤配位數(shù)：晶格中與任一原子最近鄰、且等距的原子數(shù)目，用N表示。舉例：bcc的N=8。⑤具有bcc的金屬有α-Fe、Cr、Mo、W、V等第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)2）面心立方晶胞（fcc）：如圖①原子分布：8個頂點各有一個原子，立方體的每個面的中心還各有一個原子。②原子個數(shù)：每個頂點上的原子同時屬于8個晶胞所共有，而面中心的原子為相鄰的2個晶胞所共有；原子個數(shù)為③晶格常數(shù)：a=b=c；α=β=γ=90°④原子半徑：在每個面的對角線上原子是緊密接觸的；r=⑤致密度與配位數(shù)：K=nv1/V＝0.74，N=12如圖⑤具有fcc的金屬有：γ-Fe、Al、Cu、Ni、Ag等。第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)3）密排六方晶格（hcp）如圖①原子分布：六方體12個頂點各有一個原子，上下底面面中心各有一個原子，晶胞內(nèi)3個原子。②原子個數(shù)：③原子半徑：r=a/2④致密度與配位數(shù)：K=nv1/V＝0.74，N=12。⑤晶格常數(shù)：底邊棱長a、兩底面間的高度c，c/a叫做軸比⑤具有hcp的金屬：Be、Mg、Zn等第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)5、晶體中的原子堆垛方式：1）問題：為何fcc和hcp的晶體結(jié)構(gòu)不同，但卻具有相同的配位數(shù)和致密度？原因：由晶體中原子的堆垛方式?jīng)Q定。由圖1－10看出：①圖a)為一個平面上原子最密排的情況，此面為最密排面，對hcp結(jié)構(gòu)，最密排面是其底面；對于fcc結(jié)構(gòu)，最密排面是面對角線所構(gòu)成的平面；②將密排面的原子中心連結(jié)成六邊形網(wǎng)格，它又可分為六個等邊三角形，這六個等邊三角形的中心又與原子的六個空隙中心重合，如b)所示；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)③此六個等邊三角形可分為b、c兩組，每組分別構(gòu)成一個等邊三角形，如c)所示；由圖1－11可知：①為獲得最緊密的排列，第二層密排面（Ｂ層）的每個原子應(yīng)落在下一層（Ａ層）密排面的b組（或c組）空隙上；②第三層原子的堆垛方式有兩種：Ⅰ、第三層密排面的每個原子中心對應(yīng)第一層（Ａ層）密排面的原子中心，堆垛的順序為ＡＢＡＢ…，如hcp結(jié)構(gòu)，如圖1－12Ⅱ、第三層密排面（Ｃ層）的每個原子中心位于既是第二層原子的空隙中心，又是第一層原子的空隙中心，堆垛順序為ＡＢＣＡＢＣ…，第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)如fcc結(jié)構(gòu)，如圖1－13所示；因此，fcc、hcp兩種晶格的結(jié)構(gòu)不同，堆垛方式不同，但顯然其致密程度完全相同，所以它們的致密度、配位數(shù)相同；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)2）bcc中原子的堆垛方式：bcc中原子排列較為緊密的面是連接立方體的兩個斜對角線所組成的面，如圖1－14，通常將其稱為次密排面；由四個原子密排。bcc中原子的堆垛方式為：第二層原子應(yīng)落在第一層的空隙中心，第三層的原子位于第二層的原子空隙中心并與第一層的原子中心重合，堆垛順序為：ＡＢＡＢ…，如1－14所示；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)6、晶體中的間隙：晶體內(nèi)部原子無論怎樣緊密堆垛，也有空隙存在：①bcc中的兩種間隙：八面體間隙和四面體間隙，它們均為不對稱間隙；八面體間隙：如圖1－15ａ由6個原子所圍成，是一個不對稱的八面體間隙；四個角上的原子中心至間隙中心的距離為上下頂點的原子中心至間隙中心的距離為間隙半徑：頂點原子至間隙中心距離減去原子半徑，為間隙中心位置：各面的面中心及各棱的棱中心；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)四面體間隙：如圖1－15ｂ此間隙由4個原子所圍成，是一個不對稱的四面體間隙；原子中心到間隙中心的距離：間隙半徑：顯然，四面體間隙比八面體間隙大；間隙位置：各面中線的1/4、3/4位置處，每個面上有四個；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)②fcc中的兩種間隙：八面體間隙和四面體間隙，它們均為對稱間隙；八面體間隙：如圖1－16ａ特點：各棱邊長度相等；各原子中心到間隙中心的距離相等，是正八面體間隙；間隙半徑：間隙中心位置：晶胞中心及各棱中心；四面體間隙：如圖1－16ｂ）特點：各棱邊長度相等；各原子中心到間隙中心的距離相等，是正四面體間隙；間隙半徑：間隙中心位置：各體對角線的1/4或3/4處顯然，fcc中八面體間隙大于四面體間隙；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)小結(jié)：晶格類型原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度八面體間隙半徑四面體間隙半徑bcc280.680.067a(不對稱)0.126a(不對稱)fcc4120.740.146a（對稱）0.079a（對稱）hcp6120.74第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)7、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶面：在晶體中，由一系列原子所組成的平面；晶向：任意兩個原子之間連線所指的方向1）晶向指數(shù)：用來表示晶向在晶體中的原子排列情況及位向的符號，用[uvw]表示；確定步驟：①設(shè)坐標(biāo)軸：以晶胞的三個棱邊為坐標(biāo)軸x、y、z②求坐標(biāo)值：過原點引一條有向直線平行于待定晶向，以晶格常數(shù)為度量單位，在該方向上求出最近原子的坐標(biāo)值。③化整數(shù)：將三個坐標(biāo)值化為最小簡單整數(shù)，放入方括號內(nèi)，一般用[uvw]表示。如圖求晶向指數(shù)。AB晶向的晶向指數(shù)為[110]。第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)注意：①所有互相平行，方向一致的晶向具有相同的晶向指數(shù)。②當(dāng)晶向指數(shù)某一坐標(biāo)為負(fù)方向時，則該坐標(biāo)值為負(fù)值，如：③同一直線有相反的兩個晶向，其晶向指數(shù)的數(shù)字相同，但符號相反，如：和④晶向族：原子排列相同，但空間位向不同的所有晶向構(gòu)成晶向族，用＜uvw＞表示。特點：立方結(jié)構(gòu)的晶體中，晶向指數(shù)的數(shù)字相同，但排列順序不同，則具有相同的原子排列；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)舉例：

＜100＞包括：6個晶向，它們是：

＜110＞包括：12個晶向，它們是：第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)2）晶面指數(shù)：表示晶面在晶體中原子排列情況及位向的符號；確定步驟：①設(shè)坐標(biāo)軸：以晶胞的三條棱邊為坐標(biāo)軸x、y、z，坐標(biāo)軸的原點應(yīng)在待定晶面之外。②求截距：以晶格常數(shù)a、b、c為度量單位，求出晶面在各軸上的截距。③求倒數(shù)：將各截距值求倒數(shù)。④化整數(shù)：將前面的三個倒數(shù)化為最小簡單整數(shù)，并放在圓括號內(nèi)。一般表示為（hkl），如果截距為負(fù)值，則在相應(yīng)的指數(shù)上加負(fù)號，例如（?kl）。第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)注意：①如晶面與某個坐標(biāo)軸平行，則認(rèn)為該截距為∞，它的倒數(shù)為0；②晶面指數(shù)并非僅指一個晶格中的某一個晶面，而是泛指該晶格中所有那些與其相平行的晶面。③當(dāng)兩晶面指數(shù)的數(shù)字和順序相同，完全異號，則這兩晶面相互平行，可化簡為同一晶面指數(shù)；如：（100）和④晶面族：在同一晶格中，有些晶面雖然在空間位向上不同，但其原子排列情況完全相同，將這些晶面列為同一晶面族，用{hkl}表示；特點：立方晶系中，組成晶面的數(shù)字相同，但順序不同，對這些數(shù)字進行排列組合；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)

例如：｛110｝晶面族包括6個晶面：⑤在立方結(jié)構(gòu)的晶體中，當(dāng)一晶向[uvw]位于或平行于某一晶面（hkl）時，則hu+kv+lw=0；當(dāng)某一晶向與某一晶面垂直時，則u=h、v=k、w=l。例如：[111]晶向垂直（111）晶面。如圖第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)8、晶體的各向異性：1）幾個基本概念：晶粒：固態(tài)金屬一般是由許多結(jié)晶顆粒所組成，這些結(jié)晶顆粒稱為晶粒；單晶體：由一個晶粒所組成的晶體；多晶體：由許多晶粒所組成的晶體；晶界：晶粒與晶粒之間的界面；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)2）晶體的各向異性：定義：晶體在各個方向上性能不同的現(xiàn)象，是晶體與非晶體相區(qū)別的重要標(biāo)志；產(chǎn)生原因：單晶體出現(xiàn)各向異性是由于在不同晶向上的原子排列密度不同，因而原子間的結(jié)合力不同，造成各向異性；

α-Fe<111>1.16/a和<100>方向1/a，E不同多晶體中，各晶粒的位向是任意的，如圖，晶粒的各向異性被相互抵消，因此在多晶體中不顯示各向異性，稱為偽等向性；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)9、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（金屬的多晶型性）：定義：某些金屬（Fe、Mn、Ti、Co等）當(dāng)外部的條件（溫度、壓強）改變時，由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象；例如：Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：有三種同素異構(gòu)晶型，δ-Fe、γ-Fe、α-Fe：①912℃：α-Fe（bcc）→γ-Fe（fcc）；②1394℃：γ-Fe（fcc）→δ-Fe（bcc）；如圖，不同的晶體結(jié)構(gòu)，致密度不同，因而發(fā)生多晶型轉(zhuǎn)變時，將伴隨有比容或體積的突變；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第三節(jié)實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷：通常將實際金屬中原子排列的不完整性區(qū)域叫做晶體缺陷；按照幾何形態(tài)特征可將晶體缺陷分為：點缺陷、線缺陷、面缺陷；1、點缺陷：特征：在三個方向上尺寸都很小；包括三種：空位、間隙原子、置換原子；如圖1－371.1空位：能量起伏：原子不斷地進行熱振動----空位：當(dāng)晶格中的某些原子由于某種原因（如熱振動的偶然偏差），脫離原來的平衡位置，則在原處出現(xiàn)了一個空結(jié)點，叫做空位。第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)①空位原子的去處：Ⅰ、原子遷移到晶體的表面，這樣的空位稱為肖脫基空位，如圖1－32ａ；Ⅱ、原子遷移到晶格的間隙中，這樣的空位叫做弗蘭克空位，如圖1－32ｂ）所示；Ⅲ、原子遷移到其它空位處，可使空位變換位置；②空位的特點：Ⅰ、在一定溫度下，空位有一定的平衡濃度：Ｔ↗Ｃ↗；Ｔ↘Ｃ↘；例如Cu1350k10-5Ⅱ、空位在晶體中的位置不是固定不變的，而是處于運動、消失和形成的不斷變化中；如圖1－33所示；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.2間隙原子：處于晶格間隙中的原子，稱為間隙原子；如圖；同類原子的間隙原子：例如：弗蘭克空位產(chǎn)生的間隙原子；異類原子的間隙原子：半徑較小的雜質(zhì)原子或合金原子，例如：鋼中的Ｈ、Ｎ、Ｃ、Ｂ等；對于異類間隙原子來說，將其平衡濃度稱為固溶度或溶解度；1.3置換原子：異類原子如果占據(jù)原來結(jié)點的平衡位置上，則稱為置換原子；也將其平衡濃度稱為溶解度或固溶度，但它通常比間隙原子的固溶度大得多；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.4點缺陷造成的后果：

造成晶格畸變，使性能發(fā)生變化；強度、電阻晶格畸變：空位和間隙原子的存在，使周圍的原子偏離其平衡位置，出現(xiàn)幾個甚至更多的原子間距范圍的彈性畸變區(qū)，叫做晶格畸變；如圖；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)2、線缺陷：就是各種類型的位錯；特點：在兩個方向上尺寸很小，在另一個方向上尺寸相對很大；位錯：在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象，使長度達(dá)幾百至幾萬個原子間距，寬約幾個原子間距范圍內(nèi)的原子離開其平衡位置，發(fā)生了有規(guī)律的錯動。簡單的說就是：晶體滑移部分與未滑移部分的交界線，叫做位錯。最基本的類型有“刃型位錯”和“螺型位錯”。1)刃型位錯：①模型：如圖設(shè)有一簡單立方晶體，某一原子面在晶體內(nèi)部中斷，這個原子平面中斷處就是一個刃型位錯；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)（猶如用一把刀將晶體上半部分切開，沿切口硬插入一額外半原子面，將刃口處的原子列稱之為刃型位錯線；）正刃型位錯：額外半原子面位于晶體上半部分，用⊥表示；如圖負(fù)刃型位錯：額外半原子面位于晶體下半部分，用T表示；②形成：如圖；由于局部區(qū)域的晶體發(fā)生滑移造成位錯；如圖所示；由于滑移，在晶體內(nèi)部出現(xiàn)了已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，在邊界附近，原子的規(guī)律性遭到了破壞，此邊界ＥＦ就是一個刃型位錯；位錯：晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)③特征：有一額外半原子面，如圖位錯線是一個具有一定寬度的細(xì)長晶格畸變管道（位錯也有寬度，約為3～5個原子間距）位錯線周圍的晶格畸變區(qū)存在一個彈性應(yīng)力場。既有切應(yīng)變，又有正應(yīng)變.有多余半原子面一邊，晶格受壓應(yīng)力，尺寸較小的置換原子向該處聚集；缺少半原子面一邊，原子間距變大，晶格受拉應(yīng)力，間隙原子和尺寸較大的置換原子在該處聚集；位錯線與晶體滑移方向垂直，即位錯線⊥位錯線運動方向；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)2)螺型位錯：①模型：如圖設(shè)在立方晶體右端施加一切應(yīng)力，使右端上下兩部分沿滑移面ＡＢＣＤ發(fā)生一個原子間距的相對切變，在ＢＣ與ａａ’之間形成了一個上下原子不相吻合的過渡區(qū)，這里的原子平面被扭成了螺旋面，即螺型位錯---BC；如果從ａ開始，按順時針方向，每旋轉(zhuǎn)一周，原子面就沿滑移面方向前進一個原子間距；位錯：已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)②分類：右螺型位錯：符號右手螺旋定則的螺型位錯（即用拇指代表螺旋的前進方向，其余四指代表螺旋的旋轉(zhuǎn)方向）左螺型位錯：螺旋的方向與右螺旋相反；③特征：螺型位錯沒有額外半原子面；螺型位錯是一個具有一定寬度的、細(xì)長的晶格畸變管道，其中只有切應(yīng)變，沒有正應(yīng)變；位錯線與晶體滑移方向平行，位錯線運動方向與位錯線垂直；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)3)柏氏矢量：用來表示位錯的性質(zhì)、晶格畸變的大小、方向的物理量；以刃型位錯為例,說明柏氏矢量的確定方法：確定方法：如圖①在實際晶體中，沿逆時針方向環(huán)繞位錯線做一閉合回路,（回路的每一步均走一個原子間距）此回路叫做柏氏回路；②在完整晶體中，以同樣的方向和步數(shù)做相同的回路。（此時回路沒有封閉）；③由完整晶體的回路終點Ｑ到始點Ｍ引一矢量ｂ，使該回路閉合，ｂ即為這條位錯線的柏氏矢量。（這樣定出的ｂ與回路的起點選擇、回路所經(jīng)過的路徑均無關(guān)）；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)從柏氏回路可知，刃型位錯的柏氏矢量ｂ與其位錯線垂直；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)以螺型位錯為例,說明柏氏矢量的確定方法螺型位錯的柏氏矢量也可用柏氏回路求出，可見，螺型位錯的ｂ與位錯線平行；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)

利用位錯線與柏氏矢量ｂ的位向關(guān)系區(qū)分位錯，確定位錯的正負(fù)與左右：①位錯的區(qū)分方法：位錯線ｌ與柏氏矢量ｂ垂直，則為刃型位錯，ｌ與ｂ平行，為螺型位錯；②刃型位錯的正負(fù)判斷方法：利用右手定則來判斷，如圖③螺型位錯的左右的判斷方法：ｂ與ｌ同向為右螺型位錯，ｂ與ｌ反向為左螺型位錯；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)柏氏矢量的特性：①可以判斷位錯的類型：位錯線ｌ與柏氏矢量ｂ垂直，則為刃型位錯，ｌ與ｂ平行，為螺型位錯；②可以表示位錯區(qū)域晶格畸變總量的大?。喊厥鲜噶吭酱?，位錯周圍的晶格畸變越嚴(yán)重；③表示晶體的滑移方向和大?。夯屏康拇笮〖礊榘厥鲜噶浚?，滑移方向為柏氏矢量的方向④位錯線可以是彎曲的，但柏氏矢量是恒定不變的；⑤刃位錯和與之垂直的柏氏矢量構(gòu)成的平面就是滑移面，刃位錯的滑移面只有一個；螺位錯與柏氏矢量平行，所以螺位錯的滑移面是不定的，它可以在更多滑移面上滑移；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)混合位錯：當(dāng)柏氏矢量與位錯線既不平行又不垂直而是成任意角度時，稱為混合位錯；（即刃型和螺型的混合型）混合位錯的產(chǎn)生：圖1－40

曲線ＡＣ即為已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界，它就是位錯線；由圖可知：Ａ點附近是螺型位錯；Ｃ點附近是刃型位錯；其余部分是混合型位錯；練習(xí)題：有一位錯環(huán)，試判斷位錯類型？（如圖）第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)位錯密度：位錯線不能中止在晶體內(nèi)部，只能中止在晶體表面或晶界上；晶體內(nèi)部，位錯線一定是封閉的，或者自身封閉成一個位錯圈，或者構(gòu)成三維位錯網(wǎng)絡(luò)；如圖1－42、1－43位錯密度：單位體積中所包含的位錯線的總長度稱為位錯密度；（穿過單位截面積的位錯線數(shù)目）；單位：ｍ－2；

其中，Ｖ：晶體體積Ｌ：該晶體中位錯線的總長度；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)位錯存在的意義：對金屬材料的機械性能、擴散及相變有著重要的影響；位錯密度與金屬的強度的關(guān)系，如圖1－44①當(dāng)金屬中不含位錯時，強度極高；（如：圖中的1、2所示）②當(dāng)含有位錯，但位錯密度不高時，強度較低；（如：圖中的3所示）；③當(dāng)位錯密度進一步提高時，強度也隨著提高；（如：圖中的4所示）；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)3、面缺陷：特征：在一個方向上尺寸很小，在其它兩個方向上尺寸很大，也叫二維缺陷；

面缺陷晶體的外表面晶體的內(nèi)界面晶界亞晶界孿晶界堆垛層錯相界第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)

3.1晶體的外表面：定義：金屬與真空或各種介質(zhì)接觸的界面；晶體表面原子會偏離其正常平衡位置，并牽連到鄰近的幾層原子，造成表面層的晶格畸變；表面能：表面單位面積上升高的能量，在數(shù)值上等于表面張力，單位：Ｊ·ｍ－2；影響因素：介質(zhì)、面密度、表面曲率、晶體的性質(zhì)。

第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)3.2晶界：定義：晶體結(jié)構(gòu)相同，但位向不同的晶粒之間的界面；分為小角度晶界和大角度晶界；

第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)1)小角度晶界：(相鄰晶粒位向差＜10°)對稱傾側(cè)晶界：如圖1－45

由兩個晶粒相互傾斜θ/2所構(gòu)成；由一系列相隔一定距離的刃型位錯所組成，有時將這一系列位錯叫做“位錯墻”；扭轉(zhuǎn)晶界：如圖1－47

形成：將一個晶體沿中間平面切開，然后使右半晶體沿垂直于切面的Ｙ軸旋轉(zhuǎn)θ角（θ＜10°），再與左半晶體會合在一起，則兩部分晶體的交界面就是扭轉(zhuǎn)晶界；該晶界上的原子排列見圖1－48，扭轉(zhuǎn)晶界由互相交叉的螺型位錯網(wǎng)絡(luò)所組成；小角度晶界一般由刃位錯和螺位錯組合構(gòu)成；第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)對稱傾側(cè)晶界第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)晶界形成模型第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)2)大角度晶界：特點：相鄰晶粒間的位向差大于10°；由好區(qū)（原子排列較整齊的區(qū)域）和壞區(qū)（原子排列紊亂的區(qū)域）交替相間而組成；

第一章緒論金屬的晶體結(jié)構(gòu)3.3亞晶界：亞晶：在多晶體金屬中，每個晶粒內(nèi)的原子排列并不是十分整齊，其中會出現(xiàn)位向差極小的亞結(jié)構(gòu)，叫做亞晶；