金属与合金的晶体结构

第二章金属与合金的晶体结构

第一节纯金属的晶体结构

一、晶体结构的基本知识

1、晶体与非晶体

晶体——原子规则排列的集合体

非晶体——原子无规则堆积的集合体

晶体特征：固定的熔点，各向异性

2、晶格与晶胞

晶格：把晶体中原子看成几何点，用假象的直线连接后得到的三维格架晶胞：晶格中能全面反映原子排列规律的最小几何单元

3、晶面与晶向晶格常数：晶胞的棱边长度

晶面：晶格中各方位的原子面

晶向：任意两个原子连线所指的方向

第二节纯金属的实际晶体结构

α-Fe [100] E=135000N/mm2

[111] E=290000 N/mm2

实际测定 E=210000 N/mm2

一、多晶体结构

单晶体：各部分位向完全一致的晶体（各向异性）多晶体：许多位向不同的单晶体的聚合体（各向同性）晶粒：多晶体中外形不规则的小晶体晶界：晶粒之间的界面

二、晶体缺陷

1、点缺陷——空位和间隙原子

点缺陷→导致晶格畸变→强度↑，硬度↑

空位和间隙原子都处于运动和变化之中，是原子扩散主

要方式之一。温度↑，空位↑

2、线缺陷——位错

位错——整排原子有规律错排位错密度ρ=L / V (cm-2)

增加或减小，可以提高强度

3、面缺陷——晶界、亚晶界晶界处：晶格畸变→强度高

原子能量高→熔点低，易腐蚀，原子扩散快

晶粒细→晶界面积大→强度高

亚晶界：晶粒内小位向差（1-2°）的晶块（亚晶粒亚结构）边界

第三节合金的晶体结构合金的基本概念

合金：由两种或两种以上金属，或金属与非金属组成，具有金属性质的物质。

组元：组成合金的基本物质。

相：结构相同，成分相近，与其它部分有界面分开的部分

单相合金：固态下由一个固相组成的合金

多相合金：固态下由两个以上固相组成的合金

组织：相的聚合体。 ( 单相组织，多相组织，)

二、合金的相结构

合金相结构——固溶体和金属化合物。

1、固溶体

固溶体：一种元素的原子溶入另一种元素中形成的合金相。溶剂——保持原晶体结构的元素溶质——失去原晶体结构的元素

有限固溶体：溶解度有一定限度——有限互溶

无限固溶体：溶解度无一定限度——无限互溶（晶体结构相同原子直径相近）固溶体分类：

置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格的某些结点

间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格的间隙中

固溶强化——溶质溶入固溶体，导致晶格畸变，引起强度和硬度升高

(仍保持良好的塑性和韧性)

2、金属化合物

特征：

•有金属性质

•晶体结构不同于任何组元

•成分可用分子式表示Fe3C

性能：硬，脆，熔点高

弥散强化（第二相强化）：

当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上，

可使合金的强度↑↑，硬度↑↑，耐磨性↑↑

调整合金性能的途径：

•改善固溶体溶解度

•改变化合物形状、数量、大小、分布