金属材料的晶体学织构与各向异性共72页文档
大学材料科学经典课件第二章材料的晶体结构
晶系晶向与晶面指数
三、六方晶系晶面与晶向指数
2、晶向指数
标定方法：
1. 平移晶向(或坐标)，让原 点为晶向上一点，取另一 点的坐标，有:
2. 并满足p＋q＋r＝0 ；
1. 建立坐标系 结点为 原点，三棱为方向， 点阵常数为单位 （原 点在标定面以外，可 以采用平移法）；
2. 晶面在三个坐标上的 截距a1 a2 a3 ；
3. 计算其倒数 b1 b2 b3 ；
4. 化成最小、整数比h： k：l ；
5. 放在圆方括号(hkl)， 不加逗号，负号记在 上方 。
晶面指数特征：与原点位置无关；每一指数对应 一组平行的晶面。平行晶面的晶面指数相同，或
三、其他晶体学概念
5.两晶向之间的夹角： 在立方晶系中按矢量关系，晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]
之间的夹角满足关系：
在立方晶系，晶面之间的夹角也就是为其法线的夹角， 用对应的晶向同样可以求出。
非立方晶系，晶面或晶向之间的夹角可以计算，但要 复杂许多。
第二节 纯金属常见的晶体结构
结构特点:以金属键结合，失去外层电子的金属离子与 自由电子的吸引力。无方向性，对称性较高的密堆 结构。
晶体结构则是晶体中实际 质点（原子、离子或分子） 的具体排列情况，它们能 组成各种类型的排列，因 此，实际存在的晶体结构 是无限的。
晶体结构和空间点阵的区别
晶体结和空间点阵的区别
三、晶面指数和晶相指数
.晶面(crystal face): 在晶格中由一系列原子所构成的平面
称为晶面。
金属的晶体结构与结晶.pptx
(2)晶格、晶胞、晶格常数 ➢用于描述原子在晶体中排列规则的三维空间几何点阵称 为晶格。 ➢在晶格中就存在一个能够代表晶格特征的最小几何单元， 称之为晶胞。 ➢描述晶胞大小与形状的几何参数称为晶格常数。
第2页/共31页
3.1 金属的结构
二、常见金属的晶体结构
1、体心立方晶格
体心立方晶胞如图所示。在晶胞的八个角上各有 一个金属原子，构成立方体。在立方体的中心还有 一个原子，所以叫作体心立方晶格。属于这类晶格 的金属有铬、钒、钨、钼和α-铁等。
➢铸件：铸造后不再经塑性加工的产品。 ➢铸锭：铸造后还要经塑性加工的产品。
金属铸锭呈现三个不同外形的晶粒区，即表面细 晶粒区、柱状晶粒区和等轴晶粒区。
第29页/共31页
3.4 合金的晶体结构
一、表面细晶粒区（外壳层）
浇铸时，由于激冷，使过冷度增大，模壁凹凸不平，促进形核， 在极短的时间内形成大量的晶核，组织致密，但很薄。细晶粒区 的成分均匀，强度高，韧性好。
形核率N 、长大速度第G15与页过/共冷31页度T 的关系
3.2 纯金属的结晶
（2）变质处理
变质处理是在浇注前向液态金属中加入一些细 小的难熔的物质（变质剂），在液相中起附加 晶核的作用，使形核率增加，晶粒显著细化。
（3）振动处理
金属结晶时，利用机械振动、超声波振动，电 磁振动等方法，既可使正在生长的枝晶熔断成 碎晶而细化，又可使破碎的枝晶尖端起晶核作 用，以增大形核率。
第22页/共31页
3.4 合金的晶体结构
固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两种： ➢置换固溶体
溶质原子代替溶剂原子占据溶剂晶格中的某些结 点位置而形成的固溶体，称为置换固溶体，如图所 示。 按溶质溶解度不同，置换固溶体又可分为有限固溶 体和无限固溶体。
金属材料的结构资料PPT课件
第7页/共59页
• 例一.求截距为、1、晶面的指
数
截距值
取倒数为0、1、0，加圆括弧得
（010）
• 例二.求截距为2、3、 晶面的指
数
取倒数为
1/2、1/3 、 0, 化为最小整数
加圆括弧得（320）
• 例三.画出（112）晶面 取三指数的倒数1、1、1/2, 化 成 最 小 整 数 为 2 、 2 、 1 ，第即8页/为共59X页、
第27页/共59页
密排六方晶格的参数
第28页/共59页
• 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
原子半径：r 1a
2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
第29页/共59页
第30页/共59页
2、实际金属的晶体结构 • ⑴ 单晶体与多晶体
{110}
Z
（011）
（110） （011） （101）
（101）
Y （110）
X
第14页/共59页
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、[010]、[001]
110 : [110]、[101]、[011]、[110]、[101]、[011]
111 : [111]、[111]、[111]、[111]
• 间隙固溶体都是有限固溶体。
第53页/共59页
化 合 物
Cu-Zn有限固溶体
• ④ 固溶体的性能
• 随溶质含量增加, 固溶体 的强度、硬度增加, 塑性、 韧性下降—固溶强化。
• 产生固溶强化的原因是 溶质原子使晶格发生畸 变及位错运动受到阻碍。
材料科学基础,第2章,材料中的晶体结构
凡满足此关系的晶面都属于以[u
v w]为 晶带轴的晶带，故此关系式也称晶带定律。
晶带、晶带面和晶带轴
第二节 纯金属的晶体结构
一.典型金属的晶体结构
是指最简单的晶体结构。
由于金属键的性质，使典型金属的晶体
具有高对称性，高密度的特点。
常见的典型金属晶体是面心立方、体心
立方和密排六方三种晶体，其晶胞结构 如图2-10~2-12所示。
3.晶向与晶面的关系
晶面：晶体中
由一系列原子所 组成的平面。
晶向：原子在
空间排列的方向 称为晶向。
1.晶面、晶向及其表征
1）晶面
（ 1 ）定义：晶体点阵在任何方向上可分 解为相互平行的结点平面，称为晶面。 （2）特征： 晶面上的结点在空间构成一个二维点阵。 同一取向上的晶面，不仅相互平行、间 距相等，而且结点的分布也相同。 不同取向的结点平面其特征各异。
正交 a≠b≠c， α=β=γ＝90º
简单正交 底心正交 体心正交 面心正交
立方 Cubic a=b=c， α=β=γ＝90º
简单三斜
简单单斜
底心单斜
简单正交
体心正交
底心正交
面心正交
简单立方
体心立方
面心立方
简单六方
简单菱方
简单四方
体心四方
二、晶体结构的定量描述
—晶面指数、晶向指数
1.晶面、晶向及其表征 2.六方晶系的晶面指数和晶向指数
（3）晶面指数：
结晶学中经常用（ hkl ）来表示一组平
行晶面，称为晶面指数。
数字 hkl 是晶面在三个坐标轴（晶轴）
上截距的倒数的互质整数比。
晶面指数求法：
①在所求晶面外取晶胞的某一顶点 为原点O，三棱边为三坐标轴x，y， z； ②以棱边长a为单位，量出待定晶 面在三个坐标轴上的截距；
金属材料的晶体学织构与各向异性
章节目录
23
2.1 X射线衍射仪（XRD）
1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时，发现一种新的射线。
X射线是用人的肉眼不可见的，但能使某些物质发出可见荧光； 具有感光性，能使照相底片感光；具有激发本领，使气体电离。
X射线沿直线传播，经过电场时不发生偏转；具有很强的穿透 能力，波长越短，穿透物质的能力越大；与物质能相互作用。
deficient line
电子背散射衍射(EBSD)花样的产生原理
41
• TEM菊池花样——固定方向电子束入射到薄晶体中 ——前散射电子（透射电子） ——晶体对不同方向前散射电子在出射过程中的通道效
应，前散射电子的强度的角分布受晶面布拉格条件所调制而变化。 • SEM EBSP ——固定方向电子束入射到厚晶体中
如果将两种或两种以上的晶体物质混合在一起，则组成混合物的各相产 生的衍射花样是独立的、机械叠加。 根据衍射谱的特点 确定物相的晶体结构和相的种类——就是定性分析的 内容。
2020/3/3
32
2020/3/3
33
宏观应力的测定
测定应力的方法很多，其中X射线衍射法具有许多独特的优点，已被 广泛应用。其特点为：
① X射线应力测定是一种无损探测方法，它不需破坏构件（或材料） ② X射线衍射法测定的应变全部是弹性应变 ③ 测定的范围可小至2~3mm，因此可测量很小范围的应变 ④ X射线测得的应力只代表表面应力。
2020/3/3
34
残余应力测试方法分类
对于构件表层的残余应力， 目前主要采用X射线法、小盲孔法等。对 于构件内部残余应力的测定主要采用剥离、剖分等全破坏性的方法， 也可采用无损的超声波法。
2020/3/3
晶体材料织构分析
Microstructure evolution in pure Mg under compression II (Twin boundaries)
Strain 3.3% Strain 13.3% Strain 20%
The 86º boundaries are {10-12} extension twin boundaries, The 56º boundaries are {1-210} contraction twin boundaries, The 38º boundaries are {1-210}-{10-1-1) double twin boundaries.
多晶（100）极图
多晶（111）极图
织构表示方法
理想极图
织构表示方法
反极图 宏观坐标在晶体坐标上的极射赤面投影
织构表示方法
ODF (Orientation Distribution Function) 由实测多个极图数据计算得到 随机分布 整个取向空间
织构表示方法
ODF (Orientation Distribution Function) FCC:φ2=const BCC:φ1=const
Strain 3.3% Strain 6.7% Strain 10%
Strain 30%
Strain 20%
Strain 13.3%
Texture change is less drastic compared to that in pure Mg Minor changes due to extension twinning and slip
FCC金属取向线聚集
织构表示方法
取向线分析
织构的形成
金属塑性变形的本质－滑移
《机械工程材料》项目二、金属材料的晶体结构 图文 精品课程课件
(a) 置换固溶体；(b) 间隙固溶体 图2-7 固溶体的两种基本类性
14/33 焊接教研室 樊老师
任务1、金属的晶体结构
2、金属化合物 在合金相中，各组元的原子 按一定比例相互作用，生成 的晶格类型和性能完全不同 于任一组元，并且具有一定 金属性质的新相称为金属化 合物。例如：钢中的渗碳体 （Fe3C））是铁原子和碳原 子形成的金属化合物，它具 有图2-9所示的复杂晶格结 构。
在自然界中，除普通玻璃、松香、石蜡等少数物质以外， 2/33 包括金属和合金在内的绝大多数固体都是晶体。
焊接教研室 樊老师
任务1、金属的晶体结构
2.晶格和晶胞
为了研究金属原子在空间的排列情况，假定原子是一 个静止的刚性小球。金属晶体由这些小球按一定的规 律在空间紧紧排列而成。师
任务三 合金的晶体结构
12 焊接教研室 樊老师
任务1、金属的晶体结构
（六）合金的相结构
在液态时，大多数合金的组元都能相互溶解，形成均匀的液 体。在固态下，合金的相结构主要由组元在结晶时彼此之间 的作用而决定。 根据合金组元之间的相互作用不同，合金中相结构可分为固 溶体和金属化合物两种基本类型。
焊接教研室 樊老师
任务1、金属的晶体结构
合金：由两种或两种以上的元素组成，其中至少有一种为金属， 通过熔化或其它方法组成具有金属性的材料称为合金。 组元：通常把组成材料的最简单、最基本、能够独立存在的物质 称为组元。组元大多数情况下是元素；在研究的范围内既不 分解也不发生任何化学反应的稳定化合物也可成为组元。 相：凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的物质均匀 组成部分，称之为相。在固态材料中，按其晶格结构的基本 属性来分，可分为固溶体和化合物两大类。 组织：人们用肉眼或借助某种工具（放大镜、光学显微镜、电子 显微镜等）所观察到的材料形貌。它决定于组成相的类型、 形状、大小、数量、分布等。 11/33
材料各向异性原理2010
•各向异性控制的不 好带来的问题
26
产品表面质量与各向异性有关 橘皮
27
阳极铝箔腐蚀坑
28
三、检测晶体各向异性的实验技术
问题： 晶体内部由原子组成的晶面是不能直接观察到的，如 何确定？ 答案： 利用衍射技术。 方法分类： X射线衍射；电子衍射；
29
涉及衍射技术的几个重要人物
伦琴
劳厄
布拉格
A.Martens
43
FCC奥氏体
α′BCC马氏体
HCP马氏体
取向关系的确定； {111}γ∥(0002)ε||{110}α（圆圈所示）；<1⎯10> γ∥<11⎯20>ε||<11⎯1>α（方框所示）； 这是S-N关系和Burgers关系的叠加，最终是K-S关系。
44
[110]α <111>α
V1
V2 {1-12}α V6
{1-1-2}α
V4 V3
<111>α
通过迹线分析可确定6个变体 组成3对孪晶的形成过程及原 因，减小应变能。
<111>α
V5
(111)γ||(0001)ε||(110)α
{-112}α
45
Royal Microscopical Society honour David Dingley 26 January 2007/Inventor of the First Commercial EBSD System and An Original Founder
19
取向硅钢二次再结晶时形成高斯织构/粒子钉扎、高迁 移率晶界及表面能的作用
20
固态相变中出现的新/母相之间的取向关系；连续脱溶 （扩散型相变），马氏体相变；应变能/界面能的共同 作用； 2μm
晶体材料织构分析
Extension twinning is responsible for the ring basal texture in extruded Mg and basal rolling texture in Mg sheet
Texture evolution of Mg-0.5%Ce alloy under compression
Strain 3.3% Strain 6.7% Strain 10%
Strain 30%
Strain 20%
Strain 13.3%
Texture change is less drastic compared to that in pure Mg Minor changes due to extension twinning and slip
晶体坐标系与宏观坐标系之间的关系
坐标系的转动
欧拉角表示方法
定义 Z轴转动φ1，X轴转动φ ，Z轴转动φ2
欧拉角转动
欧拉角表示方法
欧拉角表示方法
欧拉角与米勒指数之间的关系
欧拉角表示方法
欧拉角取向空间（ 0°→90°）
织构表示方法
极图（极射赤面投影）
原理图
织构表示方法
极密度 P(αβ):表示各个晶面法向投影点的体积权重
晶体材料织构分析
引言
织构：多晶体取向分布状态明显偏离随机分 布的取向分布结构 存在形式：铸造、变形、退火、相变、烧结 表现形式：各向异性
晶体学基础
单晶体：
固定熔点 对称性 各向异性 规则几何结构 空间排列周期性
多晶体
固定熔点 各向同性 不规则
晶体学基础
晶体结构
基本单元周期排列
空间点阵
阵点空间周期排列，空间几何图形
[讲解]8.晶体的各向异性和多晶型性
![[讲解]8.晶体的各向异性和多晶型性](https://img.taocdn.com/s3/m/c757e37e001ca300a6c30c22590102020740f22d.png)
五，晶体的各向异性晶体具有各向异性的原因是由于在不同品向上的原子紧密程度不同所致。
原子的紧密程度不同，意味着原子之间的距离不同，则导致原子间结合力不同，从而使晶体在不同晶向上的物理，化学和力学性能不同具体性能即无论是弹性模量、断裂抗力，屈服强度，还是电阻率、磁导率、线膨胀系数以及在酸中的溶解度等方面都表现出明显的差异例如具有体心立方晶格的Fe -α单晶体100晶向的原子密度即单位长度的原子数为a 1，110晶向为a 7.0，而111晶向为a16.1，所以111为最大原子密度晶向，其弹性模量GPa E 290=，100晶向的GPa E 135=，前者是后者的两倍多。
同样，沿原子密度最大的晶向的屈服强度，磁导率等性能，也显示出明显的优越性。
在工业用的金属材料中通常却见不到这种各向异性特征如上述Fe -α的弹性模量不论方向如何其弹性模量E 均在GPa 210左右这是因为，一般固态金属均是由很多结晶颗粒所组成，这些结晶颗粒称为晶粒。
由于多晶体中的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性被互相抵消，因此在一般情况下整个晶体不显示各向异性，称之为伪等向性一般固态金属均是由很多结晶颗粒所组成这些结晶颗粒称为晶粒图1-27为纯铁的显微组织图1-28为纯铜的显微组织图中的每一颗晶粒由大量的位向相同的晶胞组成晶粒与晶粒之间存在着位向上的差别如图1.29所示凡由两颗以上晶粒所组成的晶体称为多晶体一般金属都是多晶体只有用特殊的方法才能获得单个的晶体即单晶体特殊的加工工艺获得各向异性已在工业生产中得到了应用：如果用特殊的加工处理工艺，使组成多晶体的每个晶粒的位向大致相同，那么就将表现出各向异性，这点已在工业生产中得到了应用用特殊的工艺可以制备单个的晶体即单晶体少数金属以单晶体形式使用单晶铜：伸长率高电阻率低和极高的信号传输性能，可作为生产集成电路微型电子器件及高保真音响设备所需的高性能材料六，多晶型性多晶型性和同素异构转变：● 大部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如Sn Be Ti Mn Fe ,,,,等具有两种或几种晶体结构，即具有多晶型。
金属材料的晶体学织构与各向异性
金属材料的晶体学织构与各向异性发布时间：2021-12-30T06:52:04.775Z 来源：《中国科技人才》2021年第24期作者：肖春明[导读] 人类社会发展的脚步迈进了现代社会阶段。
这个时代的人们享有汽车，火车和飞机等一切便利的交通工具，而在这些交通工具的背后，金属材料是其最基本的组成材料之一。
肖春明泰田集团有限公司摘要：人类社会发展的脚步迈进了现代社会阶段。
这个时代的人们享有汽车，火车和飞机等一切便利的交通工具，而在这些交通工具的背后，金属材料是其最基本的组成材料之一。
关键词：金属材料；晶体学织构；各异相性引言晶体学织构与各异相性是现代金属材料十分重要的特性。
利用晶体本身存在的各异相性将其性能优异的晶体学方向转置在材料需要的方向上是提高金属材料性能的一个重要手段。
本文主要介绍金属材料织构产生的基本过程，并阐述了相关基本理论，同时对材料织构研究方面的最新成果做了一定的介绍。
1织构钢板多晶体晶粒取向择尤分布的取向分布结构；若多晶体晶粒取向分成不同组择尤取向分布则可构成不同的织构部分。
1.1 织构表达方式及测量方法①织构表达方式多晶体材料在电场，外力，温度等因素作用下，内部许多晶粒取向集中在一个或者几个晶体取向周围，形成的择优取向被定义为织构。
随着研究认识的深入，对于织构更加明确地定义为：织构是多晶体中取向分布偏离随机分布的现象。
在金属材料中织构主要分为铸造织构、变形织构、再结晶织构三类。
在铸锭凝固时，内部散热并不均匀而是具有一定的方向性。
致使某些在此方向能快速生长的晶粒长大，最终凝固铸锭柱状晶区内所有晶粒存在一个共同平行的晶向，形成铸造织构。
金属材料在塑性变形过程（挤压、拉拔、轧制等）中晶粒发生扭转导致大量晶体取向集中，形成形变织构。
金属材料冷变形织构一般比较好确定，但是当材料热变形时，由于涉及动态回复与动态再结晶的综合作用以及额外的滑移系热激活导致热变形织构演变过程十分复杂。
变形金属在退火或者热变形过程中发生再结晶，形成的织构称为再结晶织构。
织构入门基础PPT课件
这两种织构组分的比例严重的影响了 r 值 的大小;
为了提高 r 值，就必须从平行于轧面的 主要组分是{111}和{001}的轧制织构中得到 {111}<hkl>再结晶织构。
2021/3/7
CHENLI
30
铝脱氧的镇静钢
。08Al钢中析出铝的氮化物AlN，其过饱 和固溶体的强烈的分解温度高于600℃。
冷轧至0.3-0.36mm； 790℃～845℃退火3～5min 脱碳；再进行二次再结晶，然后在 760℃～ 820℃进行消除应力退火。
2021/3/7
CHENLI
28
硅钢片生产过程中的晶体位向变化
2021/3/7
CHENLI
29
（2）深冲低碳板的再结晶织构控制
为了保证深冲性能，需要值 r >2.
冲制电机铁芯的硅钢片，要求板平面各向同性，电机转动才 能平稳。而且在板平面上还要没有难磁化的<111>晶向。
A {100}<hkl>织构：
在{100}平面内，与轧向平行的晶向是任 的，混乱的，材料 的各向同性好；在{100}平面内不存在难磁化的<111>晶向。 所以可以满足电机铁芯的要求。
B {111}<112>织构：
12.5织构
－材料的各向异性
12.5.1 织构的基本概念及表示方法
择优取向：这种某种晶面或晶向优先集中在某个方向上排列的现象
织构：具有择优取向的金属多晶体组织。
织构的表示方法：常用有极图和反极图，腐蚀坑法， 此外还有取向分布函数。
丝织构: 晶向平行于拉力轴的织构
金属材料晶体学
金属的结构与结晶1.1 金属材料的结构1.1.1 纯金属的晶体结构晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。
通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。
这种格架称为晶格。
晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。
能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞。
晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。
晶胞的基本特性即反映该晶体结构(晶格)的特点。
晶体晶格晶胞晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a 、b 、c 和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述。
其中a 、b 、c 为晶格常数。
金属的晶格常数一般为1×10-10m ～7×10-10m 。
不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数的不同,表现出不同的物理、化学和机械性能。
金属的晶体结构可用x 射线结构分析技术进行测定。
1.1.2 三种常见的金属晶体结构1.1.2.1 体心立方晶格(胞) (B.C.C.晶格) [点击查看动画模型]体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠。
具有体心立方晶格的金属有钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, <912℃)等。
体心立方晶胞特征：①晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°②晶胞原子数：在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这个晶胞。
所以一个体心立方晶胞所含的原子数为2个。
③原子半径：晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半, 或晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子半径(r原子)。
体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线, 所以原子半径与晶格常数a之间的关系为：④致密度：晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数)。
致密度越大, 原子排列紧密程度越大。
金属的晶体结构PPT课件
主要内容
金属晶体结构类型 合金相结构
固溶体 金属间化合物
一、金属的晶体结构
金属中常见的晶体结构类型
体心立方(BCC)
a=b=c, ===90°
铁(-Fe)、钨(W) 、铬(Cr)、 钼(Mo)、钒(V)等
面心立方(FCC)
a=b=c, ===90°
铝(Al)、铜(Cu)、 银(Ag)、 金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、 铁(－Fe)等
间隙固溶体
如陶瓷材料中的 MgO-CoO、MgO-CaO、
PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3 Cu-Zn系 和 固溶体
在合金中较为常见，的是金属和 H、B、C、N等元素形成的固溶 体
按固溶浓度不同
无限固溶体
溶质和溶剂可以按任意比例 相互固溶所生成的固溶体
A sse sse d A l-M g p h a se d ia g r a m .
a, c (c/a=1.633)
a 1 a2 c2
(
)
22 3 4
6
12
0.74 12 0.225R 6
0.414R
其它类型结构
A4结构
结构特点：由于共价键的饱和性和方向性的特点，使得共价键晶
体中原子的配位数要比离子型晶体和金属型晶体的小。
常见结构：典型的共价晶体有金刚石(单质型)、石墨、Ge、Si、
二、合金中的相结构
金属元素 非金属元素
添加
主体金属
添加
制
备
新型合金
新型合金 中的合金相
固溶体 金属间化合物
Hale Waihona Puke 相的分类结构固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。溶剂-溶质。 中间相(金属化合物)：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相
第五节金属材料的晶体结构共7页
第五节金属材料的晶体结构一、晶体与非晶体a)晶体是指组成原子呈规则排列。
晶体：金刚石、NaCl、冰等b)非晶体是指组成原子无规则的堆积在一起。
非晶体：蜂蜡、玻璃等。
二、金属的晶体结构•1、晶格用一些假想的直线将各质点中心连接起来，形成一个空间格子，称为晶格•2、晶胞从晶格中选取一个能反映晶粒排列特点的最小几何单元称为晶胞•3、晶面•4、晶向•5、晶格常数三、常见的金属晶格的类型•1、体心立方晶格-Fe、Cr铬W钨、V钼、Mo钒等等晶胞原子数22、面心立方晶格-Fe、Cu铜、Ni镍、Al铝、Au金、Ag 银等晶胞原子数 43、密排六方晶格C（石墨）、Mg镁、Zn锌等原子个数：6三、金属的实际晶体结构•1、单晶体晶体内部的原子排列方向完全一致单晶体的各向异性•2、多晶体•晶粒（单晶体）各小晶格的排列方向不尽相同;3、晶粒;多晶体材料内部以晶界分开、晶体排列方向相同，称为晶粒;4、晶界两晶粒之间的交界称为晶界5、晶格缺陷：实际金属晶体结构与理想结构的偏离●点缺陷：；空位、间隙原子、异类原子●线：位错正刃负刃●面：晶界与亚晶界面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。
第六节纯金属的结晶过程凝固与结晶结晶：液体--> 晶体凝固：液体--> 固体（晶体或非晶体）1、纯金属的结晶条件与结晶过程过冷度：T= T0 - Tn冷却速度越大，则过冷度越大。
2.纯金属的结晶过程形核和晶核长大的过程液态金属——形核——晶核长大——完全结晶形核规律1）两种形核方式——均质形核与非均质形核均质形核由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心非均质形核——是依附于外来杂质上生成的晶核。
2）晶核长大规律两种长大方式——平面生长与树枝状生长。
3）晶粒大小及控制细化晶粒的方法：（1）增大过冷度提高冷却速度和降低浇注温度（2）变质处理：浇铸前加少量固体金属起晶核的作用。
（3）附加振动；用振动使晶核细化第七节金属材料的同素异构转变不同的温度（或压力）下，具有不同的晶体结构图1-30纯铁的冷却曲线和同素异构转变第八节合金的晶体结构与结构过程一、基本概念1.组元组成合金的元素，• 2.合金系由不同组元按一定比例配制的一系列不同成分的合金• 3.相具有相同物理性能和化学性能，并与该系其余部分以界面分开的物质，称为相• 4.组织金属或合金内部涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状及排列状况等组织关系的构造情况二、合金的晶体结构1.固溶体合金在固态下一种组元的晶格溶解另一种组元的原子而形成的晶体相1）置换固溶体2）间隙固溶体固溶强化：不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。
4.1 晶体的光学各向异性
D = ε 0ε r ⋅ E
介电常数
是二阶张量。其分量形式为： ε = ε 0ε r 是二阶张量。其分量形式为：
Di = ε 0ε ij E j
i, j=1, 2, 3
即电位移矢量D的每个分量均与电场矢量E 即电位移矢量D的每个分量均与电场矢量E的各个分量线性相 在一般情况下， 的方向不相同。 关。在一般情况下，D与E的方向不相同。 又由光的电磁理论， 又由光的电磁理论，晶体的介电张量 ε 是一个对称张 量，因此它有六个独立分量。 经主轴变换后的介电张量是对 因此它有六个独立分量。 角张量，只有三个非零的对角分量， 角张量，只有三个非零的对角分量，为：
张量的变换 2. 张量的变换
如上所述，由于张量的分量与坐标有关， 如上所述，由于张量的分量与坐标有关，所以当坐标系发 生变化时，张量的表示式也将发生变化。假若在原坐标系 生变化时，张量的表示式也将发生变化。 ' ' O − x1 x 2 x3 中，某张量表示式为［Tij］，在新坐标系 O− x1' x2 x3 某张量表示式为［ ］，在新坐标系 中，该张量的表示式为［Tij′］, 则当原坐标系O-x1x2x3与新 该张量的表示式为［ ij′］ 坐标系 的关系为 :
a 11 A 1' ' A 2 = a 21 A' a 31 3
a 12 a 22 a 32
a 13 A 1 a 23 A 2 A a 33 3
其分量变换公式为: 其分量变换公式为:
T T T
11 21 31
T T T
12 22 32
T T T
13 23 33