金属学与热处理第一章

晶体：是内部原子（离子、分子）按某种特定方式在三维空间内周期性规则重复排列的固体。

非晶体：内部原子无序排列的固体。

即不存在长程的周期排列
晶体的特点
各向异性; 晶体沿不同方向所测得的性能的不同。

如导电性，热导率，弹性模量等。

熔点; 从固态转变为液态时有固定的熔点，并发生体积的突变。

晶体结构：指晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式
空间点阵：这些阵点有规律地周期性重复排列所形成的三维空间阵列
晶格：人为地将阵点用直线连接起来的空间格子
晶胞：构成晶格的最基本单元
阵点或结点（lattice point）：构成空间点阵的每一个点。

空间点阵有14种类型，称为布拉菲点阵，将14种空间点阵归属于7个晶系
晶体中原子列的方向称为晶向
通过空间点阵中的任意一组阵点的平面代表晶体中的原子平面，称为晶面
晶面间距；相邻两个平行晶面间的距离
相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合称为晶带
配位数；晶体结构中任一原子周围最近邻且等距的原子数
原子半径；假设为原子间距的一半。

晶胞中的原子数；完全属于一个晶胞的原子的数目
致密度；晶体结构中原子体积占总体积的百分数。

1.体心立方(bcc)
具有体心立方的金属有：,α-Fe ，Cr,V,Nb,Mo,W 原子半径：(√3 / 4 ) a
中心原子被8个最近邻原子包围，故配位数为8。

晶胞中原子数：1+8×1/8=2。

致密度：0.68。

2.面心立方(fcc)致密度：0.74, 晶胞中原子数=4. 配位数：CN=12，
常见金属γ-Fe,Cu,Ni,Al,Ag 面心立方半径=(√2 / 4 ) a
3.密排六方(hcp)
致密度；APF=0.74，配位数CN=12，等轴比；c/a=1.633.原子半径a/2, 晶胞原子数：6个常见金属：Zn,Mg,Be,α-Ti,α-Co.Cd
密排六方的配位数和致密度与面心立方结构相同，这说明两者晶胞中的原子具有相同的紧密排列结构
晶体中的原子堆垛方式
计算的结果表明：面心立方和密排六方均属于最紧密的结构
这个原子排列最紧密的面，对于密排六方而言是其底面，对于面心立方而言则为垂直于立方空间对角线的对角面
密排六方密排面的堆垛方式是ABABABAB。

面心立方密排面堆垛方式是：ABCABCABCABC。

体心立方的堆垛方式：ABABAB。

八面体间隙——位于6个原子所组成的八面体中间的间隙称为八面体间隙
四面体间隙——位于4个原子所组成的四面体中间的间隙称为四面体间隙
晶面：由一系列原子所组成的平面
晶向；任意两个原子之间的连线所指的方向
晶向指数和晶面指数——表示空间点阵中不同晶向和晶面的符号
方法见书15页
原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族
在同一晶体结构中，某些晶面虽然在空间的位向不同，但其原子排列情况完全相同的这些晶面均属于一个晶面族
当某一晶向与某一晶面垂直时，则晶向指数与晶面指数必须完全相等
当一晶向位于或平行于某一晶面时，则满足相乘等于0
关于密排六方的要好好看下怎么画图的
晶体具有各向异性的原因是由于不同晶面上的原子紧密程度不同所致
多晶型转变(同素异构转变)——当外界条件(主要指温度和压力)改变时，元素的晶体结构发生转变
钢铁材料之所以能通过热处理来改变性能，原因之一就是因其具有多晶型性转变
点缺陷；指在三维方向上尺寸都很小的原子错排区域，不能理解为一个几何点
能量起伏：对于一个原子来说，某一瞬间能量可能高些，另一瞬间低些
晶格点阵节点上的原子跳出后留下的空节点
脱离平衡位置的原子大致有3个去向
1.迁移到金属的表面上，这样所产生的空位叫肖脱基空位
2.迁移到晶格的间隙中，这样形成的空位叫弗兰克尔空位
3.迁移到其他空位处
在固态金属中，主要形成肖脱基空位
由于空位的存在，其周围原子失去了一个近邻原子而使相互作用失去平衡，因而他们朝空位方向稍有移动，偏离其平衡位置，这就在空位周围出现一个涉及几个原子间距范围的弹性畸变区，简称晶格畸变
间隙原子：处于晶格间隙中的原子
置换原子：占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子
线缺陷有2种：1.刃型位错，2.螺型位错
刃型位错：一简单立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是
一个刃型位错，犹如用一把锋利的钢刀将晶体上半部切开，沿切口硬插入一额外半原子面一样，将刃口出的原子列称为刃型位错
额外半原子面位于晶体的上半部，则称为正刃型位错，额外半原子面位于晶体的下半部，则称负刃型位错
就正刃型位错而言，滑移面上边的原子显的拥挤，原子间距变小，晶格受到压应力，而在滑移面上，晶格受到的是切应力。

在位错中心，即额外半原子面的边缘处，晶格畸变最大，随着位错中心的距离的增加，畸变程度逐渐减小。

通常把晶格畸变程度大于其正常原子间距的1/4的区域称为位错宽度
刃型位错的特征
1、刃型位错有一额外半原子面
2、位错线是具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变，对于正刃型位错滑移面之上晶格受到压应力，而滑移面之下受到拉应力，负刃型位错则相反
3、位错线与晶格的滑移方向垂直，位错线运动的方向垂直于位错线
4、刃型位错的柏氏矢量与其位错线垂直
螺型位错：位错线附近的原子是按螺旋型排列的，这种位错称为螺型位错
螺型位错可以分为左螺型位错和右螺型位错
符合右手法则的称为右螺型位错，拇指代表螺旋前进的方向，四指代表螺旋的旋转方向
螺型位错的特征
1.螺型位错没有额外的半原子面
2.螺型位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变
3.位错线与晶体的滑移方向平行，位错线运动的方向与位错线垂直
4.螺型位错的柏氏矢量与其位错线平行
两者的不同从特征出发回答
柏氏矢量;人为的表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变大小或方向的一个量
柏氏矢量的特点
1.用柏氏矢量可以判断位错的类型，不需要再去分析晶体中是否存在额外的半原子面等原子排列的具体细节
2.用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小。

位错线中心的原子偏移量最大，离位错线中心越远的原子，偏离平衡位置的量越小
3.用柏氏矢量可以表示晶体的滑移方向和大小。

位错线是晶体在滑移面上已滑移区和未滑移区的边界线
4.一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的，它与柏氏回路的大小和回路在位错线上的位置无关，回路沿位错线任意移动或任意扩大，都不会影响柏氏矢量
5.对于一个位错来说，同时包含位错线和柏氏矢量的晶面是潜在的滑移面，刃型位错线和与之垂直的柏氏矢量所构成的平面就是该刃型位错唯一的滑移面，它只能在这个面上运动。

由于螺型位错线与柏氏矢量平行，任一包含位错线的晶面都是潜在的滑移面。

螺型位错可以从一个滑移面滑移到另一个滑移面
混合型位错：位错是刃型和螺型的混合类型
位错是已滑移区和未滑移区的边界，所以位错线不能终止在晶体的内部，而只能终止在晶体的表面或晶界上。

在晶体的内部，位错线一定是封闭的，或者自身封闭成一个位错圈，或者构成3维位错网络
位错密度;单位体积中所包含位错线的总长度称为位错密度，p=L/V
晶体的面缺陷包括：晶体的外表面和内界面2类，其中内界面又有晶界，亚晶界，孪晶界，堆垛层错和相界
晶体表面;是指金属与真空或气体，液体等外部介质相接触的界面
比表面能；单位面积上升高的能量
影响表面能的因素
1外部介质的性质外部介质的分子或原子对晶体界面原子的作用力与晶体内部原子对界面原子的作用力相差越悬殊，则表面能越大
2.裸露晶面的原子密度当裸露的表面是密排面时，则表面能最小，非密排面的表面能则较大
3.晶体表面的曲率表面的曲率越大，则表面能越大
4.表面能大小还与晶体的性质有关，一般情况下熔点高则结合能大
晶界：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界
亚晶界：由直径为10-100um的晶块组成，彼此间存在较小的位向差，这些晶块的内界面称为亚晶界
亚晶界是小角度晶界
堆垛层错；在实际晶体中，界面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体缺陷
产生单位面积层错所需的能量称为层错能
金属的层错能越小，则层错发生的几率越大
相界：具有不同晶体结构的两相之间的分界面3类;共格界面，半共格界面，非共格界面
晶界能；晶界处原子排列紊乱，能量比晶体内部晶格点阵节点上的原子要高，这高出的能量称为晶界能
晶界能的大小与晶界结构有关，大角晶界晶界能大于小角晶界晶界能
共格界面;是指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，为两种晶格所共有
非共格界面的界面能最高，半共格的次之，共格界面的界面能最小
内吸附：由于界面的存在，金属中存在能降低晶界能的异类原子时，这些原子将向晶界偏聚，这种现象称为内吸附
反内吸附：提高界面能的原子向晶粒内部聚集的现象
由于晶界上存在着晶格畸变，因而在室温下对金属材料的塑性变形起着阻碍作用，在宏观上表现为金属材料具有更高的强度和硬度，显然，晶粒越细，金属材料的强度和硬度越大
由于晶界能的存在，使晶界的熔点低于晶粒内部，且易于腐蚀和氧化，晶界上的空位，位错等缺陷较多，因此原子的扩散速度较快，在发生相变时，新晶粒往往首先在晶界上形成。