第二章 金属的晶体结构

面心立方晶格参数
原子半径——晶胞中 原子密度最大的方向 [111]上相邻原子间平 衡距离的一半。
4rA 2a rA 2 a 4
配位数：12 致密度：
4 3 4 4 2 a 4 rA 3 4 nv 0.74 3 K 3 3 V a a
3
2.2 金属的典型晶体结构
面心立方晶格参数
面心 立方 晶格 中的 间隙
2.2 金属的典型晶体结构
面心立方晶格参数
面心 立方 晶格 中的 间隙
2.2 金属的典型晶体结构 密排六方晶格参数
具有该种 晶体结构 的金属有 Mg、Zn、 Cd、Be等 20多种
2.2 金属的典型晶体结构
密排六方晶格参数
2.1.4 晶面指数和晶向指数
晶面及晶面指数
晶面指数的确定方法 ①在以晶胞的边长作 为单位长度的右旋坐 标系中取该晶面在各 通常以（hkl）表示晶向指数的普 坐标轴上的截距。 遍形式。若所求晶面在坐标轴的截距 ②取截距的倒数。 为负值，则在相应指数上冠以负号。 ③将倒数约成互质整 数，加一圆括号。
2.1.2 材料原子的排列方式
非晶态
玻璃态
原子排列从总体上是无 规则的，近邻原子排列 有一定的规律,这叫做 “短程有序”
晶态
在整个材料内部原子排 列都是有一定规律的, 这叫做“长程有序”
2.1.2 材料原子的排列方式
2.1 晶体学基础
2.1.1 材料原子的键合特征 2.1.2 材料原子的排列方式 2.1.3 关于晶体结构的基本概念
2.1.4 晶面指数和晶向指数
2.1.5 晶带和晶面族
2.1.1 材料原子的键合特征
原子结构
结 构
原子的空 间排列 显微组织
2.1.1 材料原子的键合特征
2.1.1 材料原子的键合特征
外 层 电 子 作 用 形 式
稳定的八电子排布结构
接受或释放额外电子
共有电子
2.1.1 材料原子的键合特征
金属键
正常价化合物 间隙相
电子化合物
间隙化合物
是指按照一定价电子浓度的比值 组成一定晶格类型的化合物。电 子化合物的熔点和硬度都很高， 而塑性较差，是有色金属中的重 要强化相。
正常价化合物 间隙相 电子化合物
间隙化合物
当非金属原子半径与金属原 子半径的比值小于0.59时，将形 成具有简单晶体结构的金属间化 合物. 间隙相是一些合金工具钢和 硬质合金中重要的强化相，另外， 正常价化合物 电子化合物 可用作特殊的表面处理。
第二章 金属的晶体结构
2.1 晶体学基础 2.2 金属的典型晶体结构
2.3 合金相结构
2.4 晶体缺陷
2.2 金属的典型晶体结构
体心立方
三种 典型 晶体 结构
面心立方 密排六方
2.2 金属的典型晶体结构 体心立方晶格参数 具有该种 晶体结构 的金属有 Cr、V、Mo、 W和α -Fe 等30多种
2.1.4 晶面指数和晶向指数
晶向
晶体中任意两个原子间连线所指的方向叫晶向
2.1.4 晶面指数和晶向指数
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 通常以[uvw]表示晶向指数的普 坐标。 遍形式。若晶向指数指向坐标轴的 ③用末点坐标减去始点坐 标。 负方向时，则在晶向指数这一数字 ④将相减后所得结果约成 上冠以负号。 互质整数，加一方括号。
2）间隙固溶体——溶质原子填入溶剂原子的间隙处。
按固溶度分类：
1）有限固溶体——在一定条件下，溶质组元在固溶体中 的浓度有一定限度，超过这一限度就不再溶解，此时固溶体 称为有限固溶体。大部分固溶体属于有限固溶体。
2）无限固溶体——此种固溶体的溶质能以任意比溶入溶 剂，溶解度可达100%，如Cu-Ni（fcc晶体结构）。
2.1.3 关于晶体结构的基本概念
晶系 三斜晶系 单斜晶系
斜方晶系 正方晶系
轴(棱边)之间的夹角
菱方晶系
六方晶系 立方晶系
2.1 晶体学基础
2.1.1 材料原子的键合特征 2.1.2 材料原子的排列方式 2.1.3 关于晶体结构的基本概念 2.1.4 晶面指数和晶向指数 2.1.5 晶带和晶面族
间隙固溶体
置换固溶体
2. 固溶体的结构
1）晶格畸变 由于溶质与溶剂原子半径不同，因而正在溶质原子 附近的局部范围内形成弹性应力场，造成晶格畸变。 2）溶质偏聚与短程有序 研究表明，当同种原子的结合力较大时溶质原子倾 向于成群地聚在一起，形成许多偏聚区；当异种原子 结合力较大时，溶质原子在固溶体中的分布呈短程有 序。 3）长程有序 某些具有短程有序的固溶体，当其成分接近一定原 子比时（如1：1），可在低于某一临界温度时，转变 为长程有序结构，这种固溶体称为有序固溶体。

⑷ 三种常见晶格的密排面和密排方向
单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。 单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。 原子密度最大的晶面或晶向称密排面或密排方向。 密排面 数量 密排方向 数量
体心立方晶格 面心立方晶格
{110} {111}
6 4 1
<111> <110>
底面对角线
4 6 3
2. 3.2 合金相结构
两组元A和B组成合金时，除了可以形成固溶体之外， 如果溶质含量超过其溶解度时，可能形成新相，其成分 处于A在B中或 B在A中最大溶解度之间，故称中间相。 在该化合物中，除离子键、共价键外，金属键也参与作 用，因而具有一定金属性质，故称金属间化合物。
符合化合物原子价规律的金属间化合 1.4 合金相结构 物。它们具有严格的化合比，成分固 定不变。它的结构与相应分子式的离 子化合物晶体结构相同，如分子式具 固溶体 金属化合物 有AB型的正常价化合物其晶体结构为 NaCl型，多为离子化合物。
2.1.1 材料原子的键合特征
范德瓦尔键
2.1 晶体学基础
2.1.1 材料原子的键合特征 2.1.2 材料原子的排列方式 2.1.3 关于晶体结构的基本概念
2.1.4 晶面指数和晶向指数
2.1.5 晶带和晶面族
2.1.2 材料原子的排列方式
非晶态
玻璃态
原子排列从总体上是无 规则的，近邻原子排列 有一定的规律,这叫做 “短程有序”
110 101 011 101 110 011 110
112 112 121 211 112 112 112 121 121 121 211 211 21 1
组元
相
2.3 合金相结构
相
固溶体
ห้องสมุดไป่ตู้
中间相(金属化合物)
合金的组元之间以不同的比例混合， 形成的固相晶体结构与组成合金的 某一组元的晶体结构相同，这种相 称为固溶体。与固溶体结构相同的 组元叫做溶剂，其他组元称为溶质。
2. 3.1 固溶体
1. 固溶体的分类
按溶质原子在晶格中所占的位置分： 1）置换固溶体——溶质原子位于溶剂晶格的结点位置。
离子键 金属的特性: 具有正的电阻温度系数 具有良好的导电性 具有良好的导热性 具有良好的延展性 具有光泽
共价键
2.1.1 材料原子的键合特征
金属键
离子键
共价键
共有价电子→电子 云→键无方向性和 饱和性→①原子趋 向于规则排列②金 属有良好的导电性、 塑性等
2.1.1 材料原子的键合特征
金属键
离子键
hu kv lw 0
3）两个非平行晶面的共带轴指数为： u k l k l 1 2 2 1
v l 1h2 l2 h1 w h1k2 h2 k1
2.1.5 晶带和晶面族
六、晶面族 在同一晶体结构中，有些晶面虽然在空间的 位向不同，但其原子排列情况完全相同，这些 晶面属于一个晶面族，其晶面指数用{hkl}表示 在立方晶系中有下列晶面族： 111 111 111 111 11 100 100 010 001 1
Fe Fe Fe
1394 C 912 C
第二章 金属的晶体结构
2.1 晶体学基础
2.2 金属的典型晶体结构 2.3 合金相结构
2.4 晶体缺陷
2.3 合金相结构 合金
两种或两种以上金属元素，或金属 元素与非金属元素，经熔炼、烧结 或其它方法组合而成并具有金属特 性的物质 组成合金最基本的独立的物质，通 常组元就是组成合金的元素。 是合金中具有同一聚集状态、相同 晶体结构，成分和性能均一，并以 界面相互分开的组成部分
《金属材料及热处理》
第二章 金属的晶体结构
主讲人 刘 海
哈尔滨工业大学 空间材料与环境工程实验室
86412462，86418720
第二章 金属的晶体结构
2.1 晶体学基础 2.2 金属的典型晶体结构
2.3 合金相结构
2.4 晶体缺陷
2.1 晶体学基础
2.1.1 材料原子的键合特征 2.1.2 材料原子的排列方式 2.1.3 关于晶体结构的基本概念
3
2.2 金属的典型晶体结构 体心立方晶格参数
面心立方晶格中的间隙
2.2 金属的典型晶体结构 面心立方晶格参数
具有该种 晶体结构 的金属有 Al、Cu、 Ni和γ -Fe 等约20种
2.2 金属的典型晶体结构
面心立方晶格参数
晶胞原子数：
1 1 n 6 8 4 2 8
2.2 金属的典型晶体结构
晶胞原子数：
n 1 1 12 2 3 6 6 2
配位数：12
致密度：K 0.74
1.3 金属的典型晶体结构
密排六方晶格参数
原子半径——晶胞中原子 密度最大的方向[111]上相 邻原子间平衡距离的一半