纯金属与合金的晶体结构幻灯片精品PPT课件
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第一章-金属的晶体结构(共118张PPT)可修改全文
(3) 不需最小整数化； (4) 〔1 1 1〕
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
第二章金属及合金相的晶体结构_图文(精)
材料科学基础第二章金属及合金相的晶体结构刘彤Chapter Outline•金属的晶体结构•密排面堆积方式•晶体结构间隙•固溶体•中间相结构常见金属的晶体结构面心立方结构(A1face-centred cubic lattice体心立方结构(A2body-centred cubic lat tice密排立方结构(A3hexagonal close-packed lattice A B A•金属键无饱和性和方向性,使其晶体结构倾向于最紧密堆垛。
•将原子看作刚性球,构成相互接触圆球模型,更确切表示原子排列。
•面心原子shared by 2 cells: 6 x 1/2 = 3•顶角原子shared by 8 cells: 8 x 1/8 = 1面心立方结构金属:γ-Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag 和Pt 等。
面心立方结构•结构符号A1,Pearson 符号c F4。
•每个晶胞含4个原子。
(0,1/2,1/2●(0,0,0●(1/2,1/2,0●●(1/2,0,1/2配位数与致密度面心立方结构的致密度η为•致密度η是衡量原子堆垛紧密程度的,为晶胞中原子所占体积(V a 与晶胞体积(V 的比值:η=V a / V •面心立方晶胞面对角线为原子半径的4倍,即(r 24/=a •配位数(Coordination Number——CN 是晶体结构中每个原子的最近邻原子数目。
a/22密排面{111}密排方向<110>•面心立方结构的配位数为12,最近原子间距离为•结构符号A2,Pearson 符号c I2•每个晶胞含2个原子体心立方结构•体心立方结构的金属包括:α-Fe, Cr, W, Mo, V 和Nb 等。
•体心立方结构配位数为8,原子间距a/23•还有6个次近邻原子,间距为a ,相差15.5%。
•体心配位数也表示为CN=8+6。
体心立方结构的致密度η为体心立方晶胞体对角线为原子半径的4倍,即(r34/=a 体心原子shared by 0 cells: 1 x 1 = 1顶角原子shared by 8 cells: 8 x 1/8 = 1(1/2 1/2 1/2●(000●密排面{110}密排方向<111>密排六方结构•结构符号A3,每个晶胞含6个原子。
金属与合金的晶体结构.PPT文档共68页
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
金属与合金的晶体结构.
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速பைடு நூலகம் 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
金属与合金的晶体结构.
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速பைடு நூலகம் 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
第一节纯金属的晶体结构(共20张PPT)
位错：晶体中某处有一列或假设干列原子发生了有规律错排 的现象
正刃型位错
负刃型位错
15
螺位错
空位 如果间隙原子是其它元素就称为 〔2〕面心立方晶格 fcc 原子〔离子〕的刚球模型 四、实际金属中的晶体缺陷 〔2〕线缺陷 —— 刃位错与螺位错 〔2〕面心立方晶格 fcc 晶格常数：a=b=c； 位错：晶体中某处有一列或假设干列原子发生了有规律错排的现象 〔2〕线缺陷 —— 刃位错与螺位错 〔2〕面心立方晶格fcc 〔1〕点缺陷：空位、间隙原子、异类原子 〔1〕体心立方晶格 bcc 〔2〕面心立方晶格 fcc 晶格常数：a=b=c；
b
Y
a
X
晶格常数
a，b，c
4
三种常见的金属晶体结构
〔1〕体心立方晶格bcc 〔2〕面心立方晶格fcc
〔3〕密排六方晶格hcp
5
〔1〕体心立方晶格 bcc -Fe、W、V、Mo 等
6
体心立方晶胞
Z
c
a
a 2r
a
bY
X
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2 原子半径r：
致密度=Va /Vc，其中
16
〔3〕面缺陷Байду номын сангаас晶界、亚晶界
〔3〕密排六方晶格hcp 三、金属的同素异构转变〔P71〕 异类原子 〔杂质原子〕 实际金属晶体结构与理想结构的偏离 晶格常数：a=b=c； 〔1〕体心立方晶格 bcc 〔3〕密排六方晶格hcp 〔1〕体心立方晶格 bcc 原子〔离子〕的刚球模型 如果间隙原子是其它元素就称为 非晶体 ： 蜂蜡、玻璃 等。 〔3〕密排六方晶格hcp 空位 晶格常数：a=b=c； 金刚石、NaCl、冰 等。
一、晶体与非晶体
正刃型位错
负刃型位错
15
螺位错
空位 如果间隙原子是其它元素就称为 〔2〕面心立方晶格 fcc 原子〔离子〕的刚球模型 四、实际金属中的晶体缺陷 〔2〕线缺陷 —— 刃位错与螺位错 〔2〕面心立方晶格 fcc 晶格常数：a=b=c； 位错：晶体中某处有一列或假设干列原子发生了有规律错排的现象 〔2〕线缺陷 —— 刃位错与螺位错 〔2〕面心立方晶格fcc 〔1〕点缺陷：空位、间隙原子、异类原子 〔1〕体心立方晶格 bcc 〔2〕面心立方晶格 fcc 晶格常数：a=b=c；
b
Y
a
X
晶格常数
a，b，c
4
三种常见的金属晶体结构
〔1〕体心立方晶格bcc 〔2〕面心立方晶格fcc
〔3〕密排六方晶格hcp
5
〔1〕体心立方晶格 bcc -Fe、W、V、Mo 等
6
体心立方晶胞
Z
c
a
a 2r
a
bY
X
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2 原子半径r：
致密度=Va /Vc，其中
16
〔3〕面缺陷Байду номын сангаас晶界、亚晶界
〔3〕密排六方晶格hcp 三、金属的同素异构转变〔P71〕 异类原子 〔杂质原子〕 实际金属晶体结构与理想结构的偏离 晶格常数：a=b=c； 〔1〕体心立方晶格 bcc 〔3〕密排六方晶格hcp 〔1〕体心立方晶格 bcc 原子〔离子〕的刚球模型 如果间隙原子是其它元素就称为 非晶体 ： 蜂蜡、玻璃 等。 〔3〕密排六方晶格hcp 空位 晶格常数：a=b=c； 金刚石、NaCl、冰 等。
一、晶体与非晶体
金属和合金的晶体结构.pptx
其最外层的电子数很 少，一般为1～2个， 不超过3个。
第10页/共125页
价电子
§1.1 金属原子间的键合特点
结合力
当原子靠近到一定程 度时，原子间会产生 较强的作用力。
第11页/共125页
§1.1 金属原子间的键合特点
外 层 稳定的八电子排布结构 电 子 接受或释放额外电子 作 用 共有电子 形 式
材料的原子排列
非晶态
原子排列短程有序或无序
非晶体的特点是：①结 构无序；②物理性质表 现为各向同性；③没有 固定的熔ຫໍສະໝຸດ ；④热导率 （导热系数）和膨胀性 小；
第27页/共125页
§1.2 金属晶体典型结构
第28页/共125页
§1.2 金属晶体典型结构
晶体
基元在三维空间呈规律性排列
长程有序 单个的原子、离子、分子或彼此
堆垛方式
第59页/共125页
第60页/共125页
§1.12.材2 金料属的晶原体典子型排结列构
晶向
第61页/共125页
§1.12.2材金料属的晶体原典子型排结列构
晶向指数
晶向指数的确定方法 ①建立以晶胞的边长作为单 位长度的右旋坐标系。 ②定出该晶向上任两点的坐 标。 ③用末点坐标减去始点坐标。 ④将相减后所得结果约成互 质整数，加一方括号。
第16页/共125页
§1.1 金属原子间的键合特点
结合键的特性
结构特点
离子键 方向性不明显，配位数大
共价键
方向性明显， 配位数小，密度小
金属键
无方向性，配位 数大，密度大
力学性能 热力性质 电学性质 光学性质
强度高，劈裂性良好，硬度大 强度高，硬度大
有各种强度，有 塑性
纯金属结晶与合金的结晶(共29张PPT)
成分坐标图中相应的合金垂线上。 5）连接各相同意义的相变点，所得的线称为
相界线，这样就得到Cu—Ni合金相图
Cu-Ni合金相图的测定
二、匀晶相图
两组元在液态与固态均可彼此无限溶解的合金相图，称为匀晶相 图。这类相图有：Cu-Ni、Fe-Ni、Au-Ag 系。
T,C
1500 1400 1300 1200 1100 1000 1083
T,C Pb
L
L+
L+
c
d
e
+
Sn
+ Ld c e
共晶反应线
表示从c点到e点范围 的合金，在该温度上 都要发生不同程度上 的共晶反应。
共晶点 表示d点成分的合金 冷却到此温度上发 生完全的共晶转变。
共晶反应要点
• 共晶转变在恒温下进行。 • 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。
• 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
对于二元合金系，除温度变化外，还有合金成分的变化，因 而需要采用两个坐标轴来表示二元合金相图。在二元合金相
图中，以纵坐标表示温度，以横坐标表示成分。
2．二元合金相图的测定方法
最基本、最常用的方法是热分析法
1）首先配制一系列不同成分的Cu—Ni合金；
2）用热分析法测出所配制的各合金的冷却曲 线；
3）找出各冷却曲线上的相变点； 4）将各个合金的相变点分别标注在温度——
（3）振动结晶 ——机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。 振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶 粒细化。
纯铁的同素异构转变
912 C
-Fe，fcc
-Fe，bcc
第二节 合金的结晶
相界线，这样就得到Cu—Ni合金相图
Cu-Ni合金相图的测定
二、匀晶相图
两组元在液态与固态均可彼此无限溶解的合金相图，称为匀晶相 图。这类相图有：Cu-Ni、Fe-Ni、Au-Ag 系。
T,C
1500 1400 1300 1200 1100 1000 1083
T,C Pb
L
L+
L+
c
d
e
+
Sn
+ Ld c e
共晶反应线
表示从c点到e点范围 的合金，在该温度上 都要发生不同程度上 的共晶反应。
共晶点 表示d点成分的合金 冷却到此温度上发 生完全的共晶转变。
共晶反应要点
• 共晶转变在恒温下进行。 • 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。
• 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
对于二元合金系，除温度变化外，还有合金成分的变化，因 而需要采用两个坐标轴来表示二元合金相图。在二元合金相
图中，以纵坐标表示温度，以横坐标表示成分。
2．二元合金相图的测定方法
最基本、最常用的方法是热分析法
1）首先配制一系列不同成分的Cu—Ni合金；
2）用热分析法测出所配制的各合金的冷却曲 线；
3）找出各冷却曲线上的相变点； 4）将各个合金的相变点分别标注在温度——
（3）振动结晶 ——机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。 振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶 粒细化。
纯铁的同素异构转变
912 C
-Fe，fcc
-Fe，bcc
第二节 合金的结晶
《合金的晶体结构》课件
PART 02
合金的晶体结构类型
REPORTING
面心立方晶体结构
总结词
具有高度对称性的晶体结构
详细描述
面心立方晶体结构是一种常见的合金晶体结构，其特点是每个原子被其他8个原 子所包围，形成了一个稳定的结构。这种结构在金属元素中较为常见，如铜、 镍和铝等。
体心立方晶体结构
总结词
具有较高硬度和强度的晶体结构
《合金的晶体结构》 ppt课件
REPORTING
• 合金的晶体结构概述 • 合金的晶体结构类型 • 合金的晶体结构形成机制 • 合金的晶体结构表征方法 • 合金的晶体结构应用
目录
PART 01
合金的晶体结构概述
REPORTING
合金的定义与分类
总结词
合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的物质。根据合金的特性，可以将 合金分为固溶体、金属化合物和混合物等类型。
详细描述
合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的物质。这些元素可以是金属、非 金属或半金属元素，如铁、碳、硅等。根据合金中元素的种类和含量，可以将合金分为固溶体、金属化合物和混 合物等类型。
合金的晶体结构特点
ห้องสมุดไป่ตู้总结词
合金的晶体结构是指合金中各元素原子在三维空间中 的排列方式。合金的晶体结构与纯金属的晶体结构不 同，其特点是原子排列复杂、晶体缺陷多、晶体结构 类型多样。
详细描述
体心立方晶体结构的每个原子被其他8个原子所包围，形成了一个紧密的结构。 这种结构在金属元素中较为常见，如铬、钼和钨等。由于其较高的硬度和强度， 体心立方晶体结构的合金常用于制造耐磨和耐高温的部件。
密排六方晶体结构
金属与合金的晶体结构68页PPT
金属与合金的晶体结构
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
金属及合金的晶体结构.pptx
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二、固溶体
2、分类 ➢ 按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体可
分为置换固溶体与间隙固溶体两种。 ➢按溶质原子在溶剂中的溶解度，固溶体可分为
有限固溶体和无限固溶体两种。 ➢按溶质原子在固溶体中分布是否有规律，固溶
体分无序固溶体和有序固溶体两种。 在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金 的无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变 叫做有序化。
• BCC BCC
（912℃） FCC
第53页/共107页
（1492℃）
铁的同素异构转变
第54页/共107页
五、单晶体与多晶体
• 如果晶体中所有原子排列位向一致，这个晶体称为单晶体，也 就是说单晶体是由一个晶粒组成的。单晶体只有通过特殊的方 法才能制取，如在电子行业中广泛使用的硅或锗单晶体。实际 金属多是由许多单晶体组成的多晶体，每一个单晶体称为一个 晶粒，其边界称为晶界。
• 八面体空隙 其半径为: r八=0.414r原子
第31页/共107页
3、密排六方晶格（ HCP）
• 原子排列方式 • 常见金属 • 原子个数 • 原子半径 • 配位数和致密度
第32页/共107页
原子排列方式
• 十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上 下底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀 分布三个原子。具有这种晶格的金属有镁(Mg)、 镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。
原子个数
原子半径
配位数
致密度
间隙半径
第24页/共107页
原子排列方式
• 金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。 • 面心立方晶胞的特征：
晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°
二、固溶体
2、分类 ➢ 按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体可
分为置换固溶体与间隙固溶体两种。 ➢按溶质原子在溶剂中的溶解度，固溶体可分为
有限固溶体和无限固溶体两种。 ➢按溶质原子在固溶体中分布是否有规律，固溶
体分无序固溶体和有序固溶体两种。 在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金 的无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变 叫做有序化。
• BCC BCC
（912℃） FCC
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（1492℃）
铁的同素异构转变
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五、单晶体与多晶体
• 如果晶体中所有原子排列位向一致，这个晶体称为单晶体，也 就是说单晶体是由一个晶粒组成的。单晶体只有通过特殊的方 法才能制取，如在电子行业中广泛使用的硅或锗单晶体。实际 金属多是由许多单晶体组成的多晶体，每一个单晶体称为一个 晶粒，其边界称为晶界。
• 八面体空隙 其半径为: r八=0.414r原子
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3、密排六方晶格（ HCP）
• 原子排列方式 • 常见金属 • 原子个数 • 原子半径 • 配位数和致密度
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原子排列方式
• 十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上 下底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀 分布三个原子。具有这种晶格的金属有镁(Mg)、 镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。
原子个数
原子半径
配位数
致密度
间隙半径
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原子排列方式
• 金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。 • 面心立方晶胞的特征：
晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°
金属材料金属的晶体结构全解.pptx
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（2）冷形变金属的加工硬化
Ⅱ线性硬化阶段：位 错密度增加，其它滑 移系统被激活，形成 压杆位错，阻碍位错 的继续运动，从而产 生大的硬化效应
Ⅲ抛物线型硬化阶段： 滑移线变粗成滑移带， 新增加的应变几乎全 部集中在这些滑移带 内，且滑移带碎花。
Ⅰ易滑移阶段：加工 硬化主要来自位错的 增殖所引起的内应力
第7页/共38页
（1）晶胞中的原子数
顶点占1/8
棱占1/4
面心占1/2
体心占1
第8页/共38页
面心立方结构：
n=8×1/8+6×1/2=4
第9页/共38页
体心立方结构：
n=8×1/8+1=3
第10页/共38页
密排六方结构：
n=12×1/6+2×1/2+3=6
第11页/共38页
（2）点阵常数与原子半径的关系 点阵常数：晶胞的棱边长度（a,b,c）
第27页/共38页
点缺陷 (a)空穴；(b)间隙原子；(c)小取代原子；(d)大取代原子；
(e)Frenkel缺陷；(f)Schttky缺陷
第28页/共38页
2. 线缺陷
线缺陷就是晶体中的位错。按严格的几何意义， 位错是直径约5个原子的柱状缺陷，在晶体中以 各种方向延伸，不一定是直线。位错在金属材料 中大量存在，在自然生长的金属单晶中，每单位 平方厘米的面积就有106个位错穿过。
单晶体加工硬化3阶段示意图
第34页/共38页
3种典型的金属单晶体的应力-应变曲线
第35页/共38页
铝单晶与多晶体的应力-应变曲线比较（室温）
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课堂作业
1. 试述原子间的键合方式，并举例说明。 2. 空间点阵的概念？空间点阵和晶体结构的关系？ 3. 纯金属的晶体结构有哪些？并分析他们的特征 4. 金属晶体结构的缺陷？ 5. 描述金属材料的形变过程。
（2）冷形变金属的加工硬化
Ⅱ线性硬化阶段：位 错密度增加，其它滑 移系统被激活，形成 压杆位错，阻碍位错 的继续运动，从而产 生大的硬化效应
Ⅲ抛物线型硬化阶段： 滑移线变粗成滑移带， 新增加的应变几乎全 部集中在这些滑移带 内，且滑移带碎花。
Ⅰ易滑移阶段：加工 硬化主要来自位错的 增殖所引起的内应力
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（1）晶胞中的原子数
顶点占1/8
棱占1/4
面心占1/2
体心占1
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面心立方结构：
n=8×1/8+6×1/2=4
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体心立方结构：
n=8×1/8+1=3
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密排六方结构：
n=12×1/6+2×1/2+3=6
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（2）点阵常数与原子半径的关系 点阵常数：晶胞的棱边长度（a,b,c）
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点缺陷 (a)空穴；(b)间隙原子；(c)小取代原子；(d)大取代原子；
(e)Frenkel缺陷；(f)Schttky缺陷
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2. 线缺陷
线缺陷就是晶体中的位错。按严格的几何意义， 位错是直径约5个原子的柱状缺陷，在晶体中以 各种方向延伸，不一定是直线。位错在金属材料 中大量存在，在自然生长的金属单晶中，每单位 平方厘米的面积就有106个位错穿过。
单晶体加工硬化3阶段示意图
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3种典型的金属单晶体的应力-应变曲线
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铝单晶与多晶体的应力-应变曲线比较（室温）
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课堂作业
1. 试述原子间的键合方式，并举例说明。 2. 空间点阵的概念？空间点阵和晶体结构的关系？ 3. 纯金属的晶体结构有哪些？并分析他们的特征 4. 金属晶体结构的缺陷？ 5. 描述金属材料的形变过程。
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可以由给定组元按不同比例配制出一系列不同成分的合金， 这一系列合金就构成了合金系。例如各种牌号的碳钢就是由不同 铁、碳含量的合金所构成的铁碳合金系。
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第三节 合金的晶体结构
二、合金的相结构
根据构成合金的各组元之间相互作用的不同，固态合金的相 结构可分为固溶体和金属化合物两大类。
合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相，称为 固溶体。形成固溶体后，晶格类型保持不变的组元称溶剂，晶格 消失的组元称溶质。固溶体的晶格类型与溶剂组元相同。
不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。结晶学中
规定，晶胞的大小以其各棱边尺寸a、b、c表示，称为晶格常数，
单位为
。
金属晶胞中原子所占的体积与该晶胞所占体积的百分比，用 来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
三、金属中常见的晶格类型
各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，故呈现出不同的 物理、化学及力学性能。除少数金属具有复杂晶格外，大多数金 属的晶体结构都比较简单，其中常见的有以下３种：
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第一节 纯金属的晶体结构
金属晶体除具有上述晶体所共有的特征外，还具有金属光泽、 良好的导电性、导热性和延展性，尤其是金属晶体还具有正的电 阻温度系数，这是金属晶体与非金属晶体的根本区别。
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第一节 纯金属的晶体结构
二、晶体结构的基本知识
为了形象描述晶体内部原子排列的规律，可将原子抽象为 几何点，并用一些假想线条将几何点在三维方向连接起来，这样 构成的空间格子称为晶格，如图２-１（ｂ）所示。晶格中的每一 个点称为结点。
晶体中位错的多少可用单位体积中所包括的位错线的总长度 表示，称为位错密度，即
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第二节 金属的实际晶体结构
面缺陷是指呈面状分布，即在两个方向上的尺寸很大，而在 第三个方向上尺寸很小的缺陷。这类缺陷主要有晶界和亚晶界。 （１）晶界。工业上使用的金属材料一般都是多晶体。多晶体中两个 相邻晶粒之间的位向不同，所以晶界处实际上是原子排列逐渐从 一种位向过渡到另一种位向的过渡层，该过渡层的原子排列是不 规则的。相邻晶粒的位向差一般为３０°～４０°，晶界宽度为 ５～１０个原子间距，如图２-８所示。
第二章 纯金属与合金的晶体结构
第一节 纯金属的晶体结构 第二节 金属的实际晶体结构 第三节 合金的晶体结构
第一节 纯金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
固态物质按其原子的排列特征可分为晶体与非晶体。凡原子 按一定规律排列的固态物质，称为晶体。如金刚石、石墨及固态 金属与合金。而少数固态物质，如松香、沥青、玻璃、塑料等是 非晶体。对两者比较可以看出，晶体具有如下特点： （１）原子在三维空间呈规则、周期性重复排列，如图２-１（ａ）所 示； （２）具有一定的熔点，如纯铁的熔点为１５３８℃，铝的熔点为６ ６０℃； （３）晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异 性。
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第二节 金属的实际晶体结构
线缺陷是指在晶体中呈线状分布，即一个方向上尺寸很大， 而另两个方向上很小的缺陷。常见的线缺陷是各种类型的位错。 所谓位错，就是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有 规律的错排现象。金属晶体内存有大量的各种类型位错，其中 “刃型位错”是一种比较简单的位错，如图２-７。
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第二节 金属的实际晶体结构
二、晶体中的缺陷
晶体中原子完全为规则排列时，称为理想晶体。实际上，金 属由于许多因素（如结晶条件、原子热运动及加工条件等）的影 响，使某些区域的原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在着大 量缺陷。根据晶体缺陷的几何特征，可将其分为以下３类：
点缺陷是指在长、宽、高三个方向上尺寸都很小的一种缺陷， 最常见的是空位和间隙原子，如图２-６所示。
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第三节 合金的晶体结构
一、合金的基本概念
合金是指由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元 素）组成的，）。通常 组元是指组成合金的元素，例如普通黄铜的组元是铜和锌，铁碳 合金的组元是铁和碳。一般来说，稳定的化合物也可以作为组成 合金的组元。按组元数目，合金分为二元合金、三元合金和多元 合金等。
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第二节 金属的实际晶体结构
一、单晶体与多晶体
晶体内部晶格位向完全一致的晶体称为单晶体，单晶体具有 各向异性的特征。在工业生产中，只有通过特殊制作才能获得单 晶体，如半导体元件、磁性材料、高温合金材料等。
实际使用的工业金属材料，即使体积很小，其内部仍包含了 许多颗粒状的小晶体。每个小晶体的内部，晶格方位都是基本一 致的，而各个小晶体之间彼此的方位都不相同的，如图２-５所示。 每个小晶体的外形多为不规则的颗粒，通常称为晶粒。晶粒与晶 粒之间的界面称为晶界。这种实际上由许多晶粒组成的晶体称为 多晶体。一般金属材料都是多晶体。
由于晶体中原子排列具有周期性变化的特点，因此，可以从 晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元，从中找 出晶体特征及原子排列规律。这个组成晶格的最基本几何单元称 为晶胞，如图２-１（ｃ）所示。实际上整个晶格就是由许多大小、 形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。
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第一节 纯金属的晶体结构
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第一节 纯金属的晶体结构
体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子分布在立方体的８ 个结点及中心处，如图２-２所示。
面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，原子分布在立方体的 ８个结点及各面的中心处，如图２-３所示。
密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱体，晶胞的３个棱边长 度犪＝犫＝犮，晶胞棱边夹角α＝β＝９０°、γ＝１２０°，其晶 格常数用正六边形底面的边长犪和晶胞的高度犮表示。在密排六 方晶胞的１２个结点上和上、下底面的中心处各排列有一个原子， 此外柱体中心处还包含着３个原子，如图２-４所示。
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第二节 金属的实际晶体结构
（２）亚晶界。在每个晶粒内，其晶格位向并不像理想晶体那样完全 一致，而是存在许多尺寸很小，位向差也很小（一般２°～３°） 的小晶块，这些小晶块称为“亚晶粒”，两相邻亚晶粒的界面称 为“亚晶界”。亚晶界实际上是由一系列刃型位错所组成的小角 度晶界，如图２-９所示。
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第三节 合金的晶体结构
二、合金的相结构
根据构成合金的各组元之间相互作用的不同，固态合金的相 结构可分为固溶体和金属化合物两大类。
合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相，称为 固溶体。形成固溶体后，晶格类型保持不变的组元称溶剂，晶格 消失的组元称溶质。固溶体的晶格类型与溶剂组元相同。
不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。结晶学中
规定，晶胞的大小以其各棱边尺寸a、b、c表示，称为晶格常数，
单位为
。
金属晶胞中原子所占的体积与该晶胞所占体积的百分比，用 来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
三、金属中常见的晶格类型
各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，故呈现出不同的 物理、化学及力学性能。除少数金属具有复杂晶格外，大多数金 属的晶体结构都比较简单，其中常见的有以下３种：
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第一节 纯金属的晶体结构
金属晶体除具有上述晶体所共有的特征外，还具有金属光泽、 良好的导电性、导热性和延展性，尤其是金属晶体还具有正的电 阻温度系数，这是金属晶体与非金属晶体的根本区别。
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第一节 纯金属的晶体结构
二、晶体结构的基本知识
为了形象描述晶体内部原子排列的规律，可将原子抽象为 几何点，并用一些假想线条将几何点在三维方向连接起来，这样 构成的空间格子称为晶格，如图２-１（ｂ）所示。晶格中的每一 个点称为结点。
晶体中位错的多少可用单位体积中所包括的位错线的总长度 表示，称为位错密度，即
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第二节 金属的实际晶体结构
面缺陷是指呈面状分布，即在两个方向上的尺寸很大，而在 第三个方向上尺寸很小的缺陷。这类缺陷主要有晶界和亚晶界。 （１）晶界。工业上使用的金属材料一般都是多晶体。多晶体中两个 相邻晶粒之间的位向不同，所以晶界处实际上是原子排列逐渐从 一种位向过渡到另一种位向的过渡层，该过渡层的原子排列是不 规则的。相邻晶粒的位向差一般为３０°～４０°，晶界宽度为 ５～１０个原子间距，如图２-８所示。
第二章 纯金属与合金的晶体结构
第一节 纯金属的晶体结构 第二节 金属的实际晶体结构 第三节 合金的晶体结构
第一节 纯金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
固态物质按其原子的排列特征可分为晶体与非晶体。凡原子 按一定规律排列的固态物质，称为晶体。如金刚石、石墨及固态 金属与合金。而少数固态物质，如松香、沥青、玻璃、塑料等是 非晶体。对两者比较可以看出，晶体具有如下特点： （１）原子在三维空间呈规则、周期性重复排列，如图２-１（ａ）所 示； （２）具有一定的熔点，如纯铁的熔点为１５３８℃，铝的熔点为６ ６０℃； （３）晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异 性。
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第二节 金属的实际晶体结构
线缺陷是指在晶体中呈线状分布，即一个方向上尺寸很大， 而另两个方向上很小的缺陷。常见的线缺陷是各种类型的位错。 所谓位错，就是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有 规律的错排现象。金属晶体内存有大量的各种类型位错，其中 “刃型位错”是一种比较简单的位错，如图２-７。
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第二节 金属的实际晶体结构
二、晶体中的缺陷
晶体中原子完全为规则排列时，称为理想晶体。实际上，金 属由于许多因素（如结晶条件、原子热运动及加工条件等）的影 响，使某些区域的原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在着大 量缺陷。根据晶体缺陷的几何特征，可将其分为以下３类：
点缺陷是指在长、宽、高三个方向上尺寸都很小的一种缺陷， 最常见的是空位和间隙原子，如图２-６所示。
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第三节 合金的晶体结构
一、合金的基本概念
合金是指由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元 素）组成的，）。通常 组元是指组成合金的元素，例如普通黄铜的组元是铜和锌，铁碳 合金的组元是铁和碳。一般来说，稳定的化合物也可以作为组成 合金的组元。按组元数目，合金分为二元合金、三元合金和多元 合金等。
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第二节 金属的实际晶体结构
一、单晶体与多晶体
晶体内部晶格位向完全一致的晶体称为单晶体，单晶体具有 各向异性的特征。在工业生产中，只有通过特殊制作才能获得单 晶体，如半导体元件、磁性材料、高温合金材料等。
实际使用的工业金属材料，即使体积很小，其内部仍包含了 许多颗粒状的小晶体。每个小晶体的内部，晶格方位都是基本一 致的，而各个小晶体之间彼此的方位都不相同的，如图２-５所示。 每个小晶体的外形多为不规则的颗粒，通常称为晶粒。晶粒与晶 粒之间的界面称为晶界。这种实际上由许多晶粒组成的晶体称为 多晶体。一般金属材料都是多晶体。
由于晶体中原子排列具有周期性变化的特点，因此，可以从 晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元，从中找 出晶体特征及原子排列规律。这个组成晶格的最基本几何单元称 为晶胞，如图２-１（ｃ）所示。实际上整个晶格就是由许多大小、 形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。
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第一节 纯金属的晶体结构
体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子分布在立方体的８ 个结点及中心处，如图２-２所示。
面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，原子分布在立方体的 ８个结点及各面的中心处，如图２-３所示。
密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱体，晶胞的３个棱边长 度犪＝犫＝犮，晶胞棱边夹角α＝β＝９０°、γ＝１２０°，其晶 格常数用正六边形底面的边长犪和晶胞的高度犮表示。在密排六 方晶胞的１２个结点上和上、下底面的中心处各排列有一个原子， 此外柱体中心处还包含着３个原子，如图２-４所示。
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第二节 金属的实际晶体结构
（２）亚晶界。在每个晶粒内，其晶格位向并不像理想晶体那样完全 一致，而是存在许多尺寸很小，位向差也很小（一般２°～３°） 的小晶块，这些小晶块称为“亚晶粒”，两相邻亚晶粒的界面称 为“亚晶界”。亚晶界实际上是由一系列刃型位错所组成的小角 度晶界，如图２-９所示。