第二章 金属材料基础 - lecture
第二章 金属材料的基础知识21~23 优质课件
三、面缺陷
实际晶体中的缺陷
概念：是指晶体中在二维方向上尺寸很大，而在另一维方向上尺寸很 小的晶体缺陷。 类型：主要包括晶体的外表面、堆垛层错、晶界、亚晶界、孪晶界和 相界面等。
1. 晶界
晶界是多晶体中晶粒与晶粒之间 的交界面，由于各晶粒中原子排列方 式相同（如都是体心立方），只是晶 格位向不同，因此晶界实际上是不同 位向晶粒之间的过渡层。该过渡层有 一定的厚度，为了同时适应两侧不同 位向晶粒的过渡，而使过渡层处的原 子总是不能规则排列，产生晶格畸变， 所以它是晶体中的一种重要的面缺陷。
区域，按其几何尺寸特征，可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
晶粒（单晶体）
一、点缺陷
实际晶体中的缺陷
1.点缺陷的概念 晶体中在X,Y,Z三维方 置换原子
向上尺寸都很小的晶体缺陷。
空位
置换 原子
2. 点缺陷的类型 空位；间隙原子（有
同类和异类之分）；置换原 子（有大小之分）；复合空 位。
复合空位
间隙原子
是大量金属原子结合成固体时，彼此失去最外层 子电子（过渡族元素也失去少数次外层电子）， 成为正离子，而失去的外层电子穿梭于正离子之 间，成为公有化的自由电子云或电子气，而金属 正离子与自由电子云之间的强烈静电吸引力（库 仓引力），这种结合方式称为金属键。
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以金属键方式结合，从而使金属材料具有以下特征：
第二章 金属材料的基础知识
金属的特 性
与非金属相比，固态金属具有它独特的性能， 如良好的导电性、导热性、延展性（塑性变形 能力）和金属光泽。
思考
这些是金属独有的特性么？能否据此来区 分金属与非金属呢？
不是
1. 有的非金属也可能表现出上述某些特性： 如：石墨能导电 金刚石导热 无机化合物的金属光泽；
金属材料讲义(解析版)
金属材料讲义（解析版）一、金属材料的发展和利用金属材料包括_________和_________。
1. 金属材料的发展石器时代→青铜器时代→铁器时代→铝的发现和使用即金属材料被广泛利用的顺序由早到晚依次是_____________。
2. 金属材料的应用①应用最广泛的金属是铁②世界上年产量居前三位的金属依次是_____________。
③钛和钛合金被认为是21世纪重要的金属材料【答案】纯金属合金Cu、Fe、Al Fe、Al、Cu二、金属的物理性质1. 物理共性常温下，大多数金属为银白色固态，有金属光泽，具有导电性、导热性、延展性，密度较大，熔点较高等。
2. 差异性①大多数金属都呈银白色，铜为紫红色，金呈黄色；②在常温下，大多数金属都是固体，汞是液体；③金属在导电性、导热性、密度、熔点、硬度、延展性等方面均有较大差异。
3. 金属之最①熔点最高：钨W（3410℃）；熔点最低：汞Hg（-39℃）。
②延展性最好：金Au，可制成万分之一毫米的金箔，铝、锡都是常见的延展性很好的金属。
③导电导热性最好：银Ag，铜Cu，金Au，铝Al。
④地壳中含量最高的金属元素——铝⑤人体中含量最高的金属元素——钙⑥目前世界年产量最高的金属——铁三、性质决定用途物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但不是唯一的决定因素。
在考虑物质的用途时，需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。
四、合金1. 定义：将金属与某些金属或非金属加热熔合在一起，形成具有金属特性的混合物。
2. 常见的铁合金——生铁和钢（1）一般来说，合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。
（2）一般来说，合金的硬度比它的各成分金属的硬度都大。
（3）一般来说，合金的抗腐蚀性比它的各成分金属都好。
题型一：金属的物理性质【例1】金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。
下列性质属于金属共性的是A．熔点很高B．有良好的导电性、导热性C．银白色的固体D．硬度很大【答案】B【详解】A.一些金属的熔点较低，如汞常温下为液体，不符合题意；B.金属都有良好的导电性、导热性，符合题意；C.一些金属的颜色不是银白色的，例如铜是紫红色的，不符合题意；D.一些金属的硬度很小，如铅，不符合题意。
金属材料ppt课件
目录
CONTENTS
• 金属材料概述 • 金属材料的性能 • 金属材料的制备与加工 • 金属材料的腐蚀与防护 • 金属材料的应用 • 金属材料的发展趋势与展望
01 金属材料概述
金属材料的定义与分类
总结词
金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的工程材料。根据成分和用途，金属材料可分为 多种类型。
要点二
详细描述
金属材料的发展可以追溯到古代的铜器时代，当时人们开 始使用铜制工具和武器。随着冶金技术的不断发展，钢铁 逐渐取代铜成为主要的金属材料。如今，随着科技的不断 进步，新型金属材料如钛合金、镍基合金等不断涌现，这 些材料具有更高的强度、耐腐蚀性和轻量化等特点，为工 程领域的发展提供了更多可能性。
装配和调试
通过喷涂、电镀、化学镀等工艺对金属表 面进行处理，以提高其耐腐蚀、美观和功 能性。
将加工好的金属零件组装成完整的机械或 设备，并进行调试和性能测试。
金属材料的热处理
退火
将金属材料加热至适当温度，保温一段 时间后缓慢冷却，以消除内应力和提高
塑性。
淬火
将金属材料加热至适当温度，保温一 段时间后快速冷却至室温，以获得高
硬度和耐磨性。
正火
将金属材料加热至适当温度，保温一 段时间后快速冷却，以提高其硬度和 强度。
回火
将淬火后的金属材料加热至适当温度 ，保温一段时间后缓慢冷却，以稳定 其组织和性能。
04 金属材料的腐蚀与防护
金属腐蚀的类型与机理
均匀腐蚀
金属表面均匀地发生腐蚀，导致 整体性能下降。
局部腐蚀
金属表面某些区域受ห้องสมุดไป่ตู้集中腐蚀 ，如点蚀、缝隙腐蚀等。
金属材料学(全套课件)
物理性能
化学性能
热处理可以改变金属材料的化学性能 ，如耐腐蚀性、抗氧化性等。例如， 不锈钢经过热处理后，其耐腐蚀性会 得到显著提高。
热处理对金属材料的物理性能也有显 著影响，如导热性、导电性、磁性等 。
04
金属材料的力学性能
金属的拉伸性能
拉伸试验
通过拉伸试验测定金属材料的强 度、塑性和韧性等力学性能指标
02
金属材料的晶体结构
金属的晶体结构类型
01
体心立方晶格（BCC）
体心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其中心有一个原子，八个顶点上
各有一个原子。具有此晶格的金属有铬、钨、钼、铁、铌等。
02 03
面心立方晶格（FCC）
面心立方晶格的晶胞是一个立方体，在其八个顶点上各有一个原子，六 个面的中心各有一个原子。具有此晶格的金属有铝、铜、镍、铅、金等 。
铝合金
密度小、比强度高、耐腐蚀性好，用于航空 航天、汽车、电子等领域。
钛合金
比强度高、耐腐蚀性好、高温性能优异，用 于航空航天、医疗等领域。
金属材料的发展趋势与挑战
高性能化
轻量化
发展更高强度、更高韧性、更耐腐蚀的金 属材料，以满足高端制造的需求。
通过合金化、复合化等手段降低金属材料 的密度，以适应节能减排的要求。
包括模具设计、熔炼、浇注、冷却、落砂、清理 等步骤，影响铸件的质量和性能。
铸造合金
常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铝合金等，具有 不同的铸造性能和机械性能。
金属的压力加工与成型工艺
压力加工
01
通过外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸
和性能的加工方法。
成型工艺
02
包括锻造、轧制、挤压、拉拔等，可生产各种形状和规格的金
金属材料基础
金属材料基础金属材料是以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。
人类文明的发展的今天和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。
现代种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。
金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。
外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的力学性能也将不同。
常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
金属材料的分类随着科学技术的发展不仅新的金属材料品种不断出现，而且传统的金属材料，如钢铁、铜、铝等合金材料品种也日益增加。
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90 %以上的工业纯铁，含碳2 %〜4 %的铸铁，含碳小于2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
金属材料相关知识(ppt66页)
13
切削工具材料的发展(1)
18世纪中期开始，大机器生产开始在欧洲出现。机器生 产少不了切削金属的刀具，可那时在欧洲，人们使用的 刀具，是英国人亨曼在1740年发明的，用坩埚冶炼的低 碳钢刀具。效率很低，严重影响了工业的飞速发展。
1820年，英国皇家学会受一把印度宝剑的启发，决定请 有名的物理学家法拉第出马，研制优质工具钢。但是， 法拉第对冶金并不精通，他只好采取逐个试验的办法进 行研究。他在钢铁中加过铜，加过锌，甚至加过金、银 ，还有金刚石，但都没有获得成功。用瞎子摸象的办法 研究了整整三年，法拉第还是没有看到成功的曙光。
4
古代炼铁方面的局限
虽说在上千年前，劳动人民就发明了百炼钢、炒 钢、团钢等钢铁生产技术，但这些炼钢方法都比 较复杂，质量很难保证，更是无法达到大规模生 产的水平。所以，直到19世纪前半叶，人类还是 在已经经历了2000多年的铁器时代里徘徊。
5
现代钢铁工业的开端（2）
• 贝塞麦从当时的炼钢方法——坩埚法的缺点，并加以 改造，发明了转炉炼钢法（通气方式由从上发展到从 下面通气）。
16
切削工具材料的发展(4)
到1898年，美国工人技师泰勒创造了一个奇迹。他想 研制一种耐高温的高速刀具钢。他分析了钨锰钢的成 分，认为钨是好的，熔点高达3380℃，受热肯定不会 变软，问题一定是出在熔点和硬度都不够高的锰身上。 泰勒思考了很久，决定采用铬取代锰。泰勒赶紧安排 试验冶炼含铬钨钢。经过一段时间的试验，合乎要求 的含铬钨钢炼出来了。新材料做的车刀的切削速度比 过去提高了5倍! 在这之后，泰勒又对钨铬钢刀做了不少改进，使它能 在五六百摄氏度下也不变软，切削速度达到每秒10米 (600米／分钟)，可与奥运会100米跑的冠军比一比速 度。
金属材料基础知识讲座
Hale Waihona Puke 一、金属材料常见加工方法 铸造：冶炼好的液态金属浇注到铸型（或模
具）中凝固成毛坯或成品的成形方法。如轧 机牌坊、机床床身等。 焊接：采用加热、加压或两者并用的方法将 金属材料连接到一起的成形方法。如天车、 轮船、桥梁等。 压力加工：在一定压力下（加热或不加热） 使金属材料成形的方法。如锻造、轧制等。
4、铁碳相图
5、铁碳相图简介 ①、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类： A、工业纯铁（〈0.0218%C〉）显微组织为铁素体。 B、钢（0.0218%～2.11%C），其特点是高温组织为单 相奥氏体，具有良好的塑性，适用于锻造、轧制，工业 上应用广泛。根据其室温组织又将其分为三类：
亚共析钢（＜0.77%C）—组织为铁素体和珠光体；
6）N：氮能溶于铁素体，在钢空冷或淬火情况下形成
含氮量过饱和的α固溶体。这种固溶体在591℃时最大 溶氮量为0.1%，随着温度降低，氮在铁中的溶解度急 剧下降，并以Fe4N形式析出。因此含氮的淬火钢易引 起时效硬化，使强度、硬度升高，塑性、韧性下降。这 种时效硬化现象对锅炉钢板、化工容器及深冲零件都是 不利的，因为这样可造成局部地区脆化，影响锅炉及化 工容器的安全使用，所以从时效的角度考虑N是有害元 素。但是，如果钢中含有Al、V、Nb等合金元素时，能 形成弥散度很高的AlN、VN、NbN等特殊氮化物，使 铁素体强化并细化晶粒，此时钢的强度和韧性都可显著 提高。 7）H：氢的原子半径很小，能以离子或原子形式溶入 液态或固态钢中，溶入固态钢中便形成间隙固溶体。随 着钢中含氢量的增加，钢的塑性、韧性急剧降低，引起 所谓氢脆。如果氢在钢中聚集成分子状态析出，在局部 区域形成很高的压力，造成钢材的内部裂纹，在断口上 呈现银灰色斑点，即白点。使钢的断裂强度降低，因此 氢是钢中的有害杂质。
金属材料基础知识培训ppt课件
a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢。
3.中国钢号表示方法:
3.1钢号表示方法概述: 钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了
解钢的一种共同语言。中国的钢号表示方法，根据国家标准《钢铁产品 牌号表示方法》（GB221-79）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素 符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即： ①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si、Mn、Cr……等。混 合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。 ②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母 表示，见表。 ③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。 3.2 钢号表示方法的分类说明 3.2.1 碳素结构钢: ①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以 “Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是 Mpa。例如：Q235 表示屈服点（ss）235MPa 的碳素结构钢。 ②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级 符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F 表示沸腾钢；b 表示半镇 静钢：Z 表示镇静钢；TZ 表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z 和 TZ 都可不标。例如Q235-AF 表示A级沸腾钢。
▪ 2.3按成形方法分类： (1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。
▪ 2.4按用途分类: 1)建筑及工程用钢： a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。 2)结构钢： a.机械制造用钢;b.弹簧钢;c.轴承钢 3)工具钢： a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。 4)特殊性能钢： a.不锈耐酸钢；b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合 金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。 5)专业用钢:如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农 机用钢等。 2.5 按金相组织分类：
金属材料第二单元课件.ppt
一、金属的晶体结构 1.晶体与非晶体
自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。 凡是内部原子或分子，按照一定几何规律作周期性的重复排列的物质称为晶体。绝 大多数金属和合金固态下都属于晶体，如纯铝、纯铁、纯铜、钢等。凡是内部原子 或分子呈无规则堆积的物质称为非晶体，如松香、玻璃、沥青等。
三、铁碳合金的分类 按含碳量的不同，铁碳合金的室温组织可分为工业纯铁、钢和白口铸铁。
1.纯铁 碳的质量分数小于等于0.0218％的铁碳合金称为纯铁，即wC≤0.0218％。
2.钢 碳的质量分数大于0.0218％而小于等于2.11％的铁碳合金称为钢，即0.0218％＜w
C≤2.11％。钢的特点是高温固态组织为奥氏体，根据其室温组织特点不同，钢又分为 三种：
二、合金的晶体结构 纯金属虽然具有优良的物理、化学性能，如良好的导电、导热性，熔点高，耐
腐蚀性好，但其强度、硬度偏低，而且种类有限，价格较高，制取困难，因此纯金 属在工业上的应用受到限制。
1.合金的基本知识 (1)合金 由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法结合 成具有金属特性的物质称为合金。 (2)组元 组成合金最基本的独立物质称为组元，简称元。组元通常是纯元素(金属元 素或非金属元素)，也可以是稳定的化合物。 (3)合金系 由两个或两个以上组元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，称为合 金系。 (4)相 合金中具有同一聚集状态、同一结构和性质的均匀组成部分称为相。 (5)组织 用肉眼或借助显微镜观察到材料具有独特微观形貌特征的部分称为组织。
可以把一个看似复杂的相图分割成不同的区域。当成分(含碳量)和温度变化时，按一 定规律可分析出各区域产生的组织。 (1)主要特性点 Fe-Fe3C相图中的九个特性点及其温度、含碳量和含义见表2-2。 (2)主要特性线 Fe-Fe3C相图中有若干条表示合金状态的分界线，它们是不同成分 合金具有相同含义的临界点的连线。
金属材料的基础知识论述(doc 24页)
金属材料的基础知识论述(doc 24页)金属材料基础知识体向马氏体转变开始温度Ms线之下）连续冷却时，过冷奥氏体组织转变为马氏体组织，室温时仍保持马氏体组织。
双相钢：室温时在固溶组织中铁素体和奥氏体相约各占一半或较少相的含量在30%以上，兼有铁素体组织和奥氏体组织。
一、金属材料的表示方法。
①钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
世界各国的钢号表示方法不一致，主要由于习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。
②有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
由于铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。
二、合金元素在钢中的作用1、铝（Al）熔点为660℃，主要用于脱氧和细化晶粒，在渗氮钢中促使形成坚硬耐蚀的渗氮层，含量高时，提高钢高及抗氧化能力，固溶强化作用大。
2、砷（As）时封闭γ区的元素，作用与磷相似，占钢中偏析严重。
3、硼（B）熔点为2040℃，有很强的亲和力，微量的硼（0.001%）就可以使结构钢成倍的增加淬透性。
在珠光体耐热钢中，微量硼可提高其高温强度，在奥氏体钢中可提高其蠕变强度，由于硼吸收中子的能力强，在原子能反应堆中常用高硼低碳钢。
4、碳（C）是钢中的基本化元素之一，钢中随着碳含量的增加，其强度和硬度也随之增加，但其塑性和韧性则随之降低。
碳含量每增加0.1%，钢材抗拉强度大约提高90MPa，屈服强度大约提高40~50 MPa, 碳同时也能提高钢材的高温强度，在焊接碳含量较高的钢材时，焊接热影响区易出现淬硬现象，易产生冷裂纹的倾向。
因此，一般用于焊接结构压力容器，主要受压主件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25%。
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(b) 从上方观察，空心圆表示位于滑移面上方的原子， 实心圆表示位于滑移面下方的原子
图2-21 在刃型位错和螺旋位错之间形成曲线的区域 为刃型和螺旋位错的混合
2015/11/16 金属材料基础 40
图2-22 钛合金的透射电镜照片，其中黑线为位错
2015/11/16 金属材料基础 41
将上述坐标值以其最小整数
表示，并进一步用加方括号的形式表达，即为晶 移负值晶向指数负号至晶向指数上方
•
如[-u v w]→[ū v w]。
C.
晶向族 所有原子排列相同，方向不同的晶向归
纳为一个晶向族。
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2.1.3.2晶面
A.
晶面 原子中心共面的原子排列所代表的平面，用
晶体中原子顺序显示出了排列的重复性。
因此，为了描述晶体结构，从晶格中取出一
个具有整个晶体全部几何特征的最小几何单
元称为晶胞。
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金属材料基础
4
C.
基本晶胞 c β
α
b
a γ
图 2.2 典型晶胞的几何形状
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a, b, c,α, β,γ——定义为晶体结构的晶格参数。
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金属材料基础
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2.1.1.2 金属晶体的典型晶胞
研究表明，绝大多数金属的微观结构属于三种典型
的结构：体心立方、面心立方和密排六方晶体结构。 体心立方：Mo、Nb、Cr、W、V、α-Fe等。 面心立方：Al、Cu、Ni、Pb、γ-Fe等。 密排六方 ：Zn、Mg、Be等。
• • •
配位数 晶格中与任意原子处于等距离且相距最
近的原子数目。配位数越大原子排列的越致密。 体心立方的配位数8；面心立方的12；密排六方 的12
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金属材料基础
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a a a
图 2.16 体心立方晶格的配位数
2015/11/16 金属材料基础 23
致密度 金属晶胞中全部原子的体积占晶胞总体
B.
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金属材料基础
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•
建立坐标系
以所考察晶胞中待定晶向的某一个
结点为空间坐标系原点，以过原点的三条晶格棱
边为坐标轴，以晶胞的点阵常数为单位长度，建
立坐标系。
•
确定坐标值 坐标值。
求出代表晶向的直线上任意一点的
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金属材料基础
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•
化整并加方括号 向指数[u v w]。
36
图2-19 刃型位错周围的原子位置 用透视法表示的位错多出的半个平面原子 2015/11/16 金属材料基础
螺旋位错——在晶 格中的某以晶面以 上或以下以另一与 该晶面垂直的晶面 为界，发生了逆时 针或顺时针扭动， 分为右螺旋或左螺 旋位错。
(a) 晶体中的螺型位错 图2-20 沿AB伸展的位错线 2015/11/16 金属材料基础 37
2 金属材料基础
2.1 晶体的结构 2.2 晶体中的缺陷 2.3 金属的结晶 2.4 金属的塑性变形和再结晶 2.5 二元合金的微观相结构和相图
2015/11/16
金属材料基础
1
2.1 晶体的结构
大多数工程材料是晶体结构
即：材料的原子、分子、离子排列具
有一定规律性，并重复排列。 全部原子种类的晶体结构类型非常多，从简单 的金属晶体，到复杂的陶瓷或高聚物晶体。 晶体的有些性能取决于材料的晶体结构，
β
13
底心单斜
a
b
a b c,
14 简单三斜 三斜
90
β
c αb
10
10
简单菱方
菱方
a b c,
90
β
α γ
a b c,
11 简单六方 （密排六方） 六方
90 120
c a a
四方 5 体心四方 c a a
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金属材料基础
8
6
简单正交
c b a
7
底心正交 正交
a b c,
c a
b
90
c b a
8
体心正交
9
面心正交
2015/11/16 金属材料基础
c b a
9
c
12
简单单斜
单斜
a b c,
β
b a
c
90
积的百分数，即：
4 3 n r 晶胞全部原子的体积 nv 3 致密度 晶胞体积 V V
•
由此计算，体心立方晶胞致密度：68%
•
•
2015/11/16
面心立方晶胞致密度：74%
密排六方晶胞致密度：74%
金属材料基础 24
不同温度下的纯铁
910℃以下，纯铁为体心立方，α-Fe，致密度68%。
(b) 自(a)图上方观察的螺旋位错 图2-20 沿AB伸展的位错线 位于滑移面以上的原子用空心圆表示，位于滑移面以下的原子用实心圆表示 2015/11/16 金属材料基础 38
混合位错— —实际的位 错是介于刃 位错和螺位 错之间的。
(a) 包含刃型位错、螺旋位错和混合位错的位错示意图
图2-21 在刃型位错和螺旋位错之间形成曲线的区域 为刃型和螺旋位错的混合
2015/11/16
金属材料基础
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2.1.1.4 高聚物结构
与金属和陶瓷中独立的原子和离子堆积相比，高
聚物的长分子、规则又可重复性的排列是困难的。
因此，大多数商业塑料相当大程度上是非晶体。 高聚物的晶体微观结构相当复杂。
2015/11/16
金属材料基础
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2.1.1.5 半导体结构
半导体产业发展单晶技术，已经推动晶
3 r a 4
2 a 面心立方晶胞： r 4
1 r a 密排六方晶胞： 2
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r √3a
a
√2a a
a
图 2.15 体心立方晶胞的原子半径
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晶格中原子排列的致密度
用配位数和致密度来表达晶格中原子排列的致
密程度。
晶面指数的确定分为四个步骤：
晶面指数表示。晶面指数(hkl)表示晶面的一组数据。
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•
建立坐标系
以晶格的某一个结点为空间坐标系
原点，但不能选在待求晶面上，且应便于确定截
距，以过原点的三条晶格棱边为坐标轴，以晶胞
的点阵常数为单位长度，建立坐标系。
•
确定坐标值
求出所求晶面在各坐标轴上的截距，
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2.1.3.3 各向异性
晶体在不同方向上性能不同的现象。
[111] A c Ca b O B [110] BACK D
(111) [201]
(010)
图 2.17 晶向和晶面指数 2015/11/16 金属材料基础
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本节思考题
常见金属的晶格类型有哪些？ 配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 晶面指数和晶向指数有什么不同？
910~1392℃，纯铁为面心立方，γ-Fe，致密度74%。
1392~1538 ℃ ，纯铁为体心立方， δ -Fe，致密度 68% 。
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金属材料基础
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2.1.3 晶体位置、晶向和晶面
2.1.3.1 晶向
晶向 原子中心共线的原子列所代表的方向，用晶 向指数表示。 晶向指数[u v w] 表示晶向的一组数据。晶向指数 分四步确定：
a a γ
c
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总结一下：7种晶系和14种晶格
7种晶系：立方、四方、 正交、菱方、六方、单斜、 三斜。 14种晶格：简单立方、体心立方、面心立方、简单 四方、体心四方、简单正交、底心正交、体心正交、 面心正交、简单菱方、密排六方、简单单斜、底心 单斜、简单三斜。
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(c) 简化球表示的晶胞 图 2.3 体心立方晶体结构
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(b) 简化球表示的晶胞
图 2.5 密排六方晶体结构
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2.1.1.3 陶瓷结构
与金属相比，陶瓷化合物化学组成更具多
样性。
该多样性反映在它们的晶体结构中。
并取其倒数，与某一坐标轴平行的晶面，其在该 轴上的截距为无穷大，倒数为零。
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金属材料基础
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•
化整并加圆括号 将上述坐标值以其最小整数表
示，并进一步加圆括号的形式表达，即为晶面
指数（hkl）。
• • •
移负值晶面指数负号至晶面指数上方 如(-hkl)→
h。 kl
晶面族 所有原子排列相同，方向不同的晶面归 纳为一个晶面族。
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孪晶 一种特殊类型的晶界。它两侧是一种特殊的镜
面晶格对称；边界一侧的原子与另一侧的原子成镜像
分布。
其它界面缺陷
包括错层、相边界、铁磁畴壁。面
心立方金属中，密堆积面的ABCABCABC……堆积
序列被中断时，错层就会出现。 相边界存在于多相