金属学与热处理第一章(1)

第一章

金属：具有正的电阻温度系数的物质

1.d0点是平衡位置，结合能/势能最

低，最稳定

2. d0点附近，曲线斜率↑，将原子拉

开平衡位置所需的力↑，金属的弹性

模量↑

3.d c点是最大结合力位置，对应金

属的理论抗拉强度

4.E AB键能/结合能，决定金属的熔

点和膨胀系数，键能↑，熔点↑，膨胀

系数↓

晶体：原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质

金属的晶体结构：原子的实际排列情况

晶体结构：晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式

各向异性/异向性：晶体在不同的方向测量其性能时，存在或大或小的差异

晶体区别于非晶体的一个重要标志

各向同性/等向性：非晶体在不同的方向测量其性能时，其性能一样

伪等向性：多晶体中晶粒位向任意，各向异性相互抵消，晶体不显示各向异性 阵点：将构成晶体的原子，抽象为纯粹的几何点

空间点阵：阵点有规律的周期性的重复排列所形成的三维空间阵列

晶格：人为的将阵点用直线连起来而形成的空间格子，其实质为空间点阵

晶胞：从晶格中选取的一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元

布拉菲点阵：7个晶系14种点阵

晶系 点阵常数 轴间夹角 实例 点阵类型

单斜 a≠b≠c α=γ=90°≠β β-S 简单+底心

三斜 a≠b≠c α≠β≠γ≠90° K2CrO7简单

正交 a≠b≠c α=β=γ=90° α-S、Fe3C 简单+底心+体心+面心 四方 a=b≠c α=β=γ=90° β-Zn、TiO2简单+体心

六方 a1=a2=a3≠c α=β=90°, γ=120° Zn、Cd、Mg 简单

菱方 a=b=c α=β=γ≠90° AS、Sb、Bi 简单

立方 a=b=c α=β=γ=90° Fe、Cr、Ca、Ag 简单+体心+面心

三种典型：体心立方结构，面心立方结构，密排六方结构

结构体心bcc面心fcc密排hcp

实例α-Fe,V,W,Crγ-Fe,Cu,Al,Ni Zn,Mg

原子半径r4r=√3a4r=√2a c/a= 8/3=1.6332r=a 原子数n1+8*1/8=28*1/8+6*1/2=412*1/6+2*1/2+3=6

配位数812 12

致密度n4πr3/3a3=0.68n4πr3/3a3=0.740.74

原子堆垛 ABABAB... ABCABCABC… ABABAB…

堆垛方向 [110] [111] [0001]

堆垛面 (110) (111) (0001)

间隙类型 八面体，四面体 八面体，四面体 八面体，四面体

晶体中的间隙

结构 体心bcc 面心fcc 密排hcp

八面体间隙（6）位置 面、棱的中心 体心、棱的中心

数量 12*1/4+6*1/2=6 12*1/4+1=4 6

半径 4r=(2-√3)a, r=0.067a 4r=(2-√2)a, r=0.146a r=0.146a

四面体间隙（4）位置 每个面上有四个 等分8个立方体的中心 棱上、c轴上、体内 数量 6*4*1/2=12 8 12

半径 4r=(√5-√3)a, r=0.126a 4r=(√3-√2)a, r=0.06a r=0.06a

晶向指数：在X、Y、Z轴上坐标值，按比例化为最小简单整数， [uvw]

晶向族：原子排列相同，但空间位向不同的所有晶向，

立方结构的晶体晶向族的晶向个数=改变晶向指数顺序+放一个负号+取相反 例：<111>晶向族的晶向个数

改变指数顺序[111]

放一个负号[1—11]、[11—1]、[111—]

取相反[1—1—1—]、[11—1—]、[1—11—]、[1—1—1]

晶面指数：在X、Y、Z轴上取截距的倒数，化为最小简单整数，（hkl）

晶面族：原子排列相同，但空间位向不同的所有晶面，｛hkl｝

立方结构的晶体晶向族的晶向个数=改变晶向指数顺序+放一个负号

例：｛111｝晶面族的晶面个数

改变指数顺序（111）

放一个负号（1—11）、（11—1）、（111—）

立方结构晶体中，晶向[uvw]//晶面(hkl)→hu+kv+lw=0立方结构晶体中，晶向[uvw]⊥晶面(hkl)→h=u,k=v,l=w 立方晶系两晶向间夹角公式

cos =

ℎ1ℎ2+ 1 2+ 1 2

(ℎ1+ 1+ 1)(ℎ2+ 2+ 2)

立方晶系两平行晶面距离公式

=

a

六方晶系，三系坐标晶向指数[UVW]，四系坐标晶向指数[uvtw]

u=（2/3）U-(1/3)V v=(2/3)V-(1/3)U t=-(u+v) w=W

六方晶系，三系坐标晶面指数(hkl)，四系坐标晶面指数(hkil)

i=-(h+k)

Fe的多晶型转变

α-Fe γ-Fe δ-Fe

晶体结构 体心立方 面心立方 体心立方

温度 <912℃ 912~1394℃ 1394℃~熔点

致密度 变小 变大 变小

912℃，α-Fe→γ-Fe体积突然变小；1394℃，γ-Fe→δ-Fe体积突然增大

晶体缺陷

种类 特征 实例

点缺陷 三个方向尺寸很小 空位、间隙原子、置换原子 线缺陷 两个方向尺寸很小，一个方向尺寸相对很大 位错

面缺陷 一个方向尺寸很小，两个方向尺寸相对很大 晶界、亚晶界