机械工程材料及成型工艺第二章优秀课件

体心立方晶胞
ZБайду номын сангаас
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：
致密度：0.68
致密度=Va /Vc，其中 Vc:晶胞体积a3 Va:原子总体积24r3/3
（2）面心立方晶格 （fcc）
-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag 等。
面心立方晶胞 Z
c
a
X
bY
晶格常数：a=b=c； ===90
置 换 固 溶 体
Z
固溶体类型
Z 置换原子
间 隙 固 溶 体
间隙原子
Y Y
X X
固溶强化：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。
正常晶格
晶格畸变
晶格畸变
小原子置换引起的 晶格畸变
间隙原子引起的 晶格畸变
金属化合物
合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相。
化合物类型：
正常价化合物 —— 按化合价规律形成，如，Mg2Si 。 电子化合物 —— 按电子浓度规律形成，如，Cu3Al 。
晶胞原子数： 4
原子半径：
致密度：0.74
（3）密排六方晶格 hcp C（石墨）、Mg、Zn 等
底面边长a 底面间距c 侧面间角120 侧面与底面夹角90 晶胞原子数：6
原子半径：a/2
致密度：0. 74
4. 金属晶体中的晶面和晶向
晶面： 通过原子中心的平面
Z
c b
a
X
晶向： 通过原子中心的直线所指的方向
Z
c
Y
b a
Y
X
5. 合金的晶体结构
● 基本概念：合金、合金系、合金化、组元、相、组织； ● 合金的相结构：固溶体和金属化合物。
组元与相的概念
组元：组成合金的独立的最基本单元。例如：元素、稳定化 合物。如，Fe-C合金中，Fe、C 均为组元。 相：化学成分和晶体结构相同，且有界面与其它部分分 开的均匀组成部分。 合金中有两类基本相 —— 固溶体和化合物。
机械工程材料及成型工艺第二 章
一、金属的晶体结构（理想金属的晶体结构）
1. 晶体的概念
晶体 —— 材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。
非晶体 —— 原子无规则堆积，也称为 “过冷液体” 。
晶体 金刚石、NaCl、冰 等。
液体
非晶体 ： 蜂蜡、玻璃 等。
2.金属晶体的特性
（1）有确定的熔点
间隙化合物 —— 过渡金属+小半径非金属元素。
{间隙相 r非/r金0.59，如，WC、TiC、VC 复杂结构的间隙化合物 r非/r金0.59如，Fe3C、Cr23C6 间隙化合物 熔点高、硬度高，脆性大。
6.实际金属中的晶体缺陷
实际金属晶体结构与理想结构偏离的区域
单晶体：内部晶格位向完全一致 的晶体（理想晶体）。如单晶Si半导体。 多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
金属材料的组织
组织（显微组织）:
指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌;
Fe-Mn-Si合金直接时效
组织由相构成; 观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式; 金属材料性能由组织决定; 而组织由化学成分和工艺过程决定。
Fe-Mn-Si合金变形后时效
固溶体
固溶体概念：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构 上与组元之一相同的固相。 固溶体的分类：根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置不同； 根据溶解度；根据溶质原子在溶剂晶格中的排列是否规则。
螺型位错
（3）面缺陷
晶粒（单晶体）
晶界
亚晶界
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。
细晶强化：通过细化晶粒以提高材料强度的方法。
小结
重点
1.晶体结构的基本概念：晶体，晶格，晶胞，三种常见的金 属晶格。单晶体，晶粒，多晶体。
2.固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化，细晶 强化，形变强化。
晶粒（单晶体）
晶体缺陷类型
（1）点缺陷：空位、间隙原子、置换原子 （2）线缺陷：位错 （3）面缺陷：晶界与亚晶界
空位
（1）点缺陷
间隙原子
如果间隙原子是其它元素就称为 异类原子 （杂质原子）
（2）线缺陷 —— 刃型位错与螺型位错
刃位错 刃位错
形变强化（加工硬化、冷作硬化）：金属在塑性变形时，随着变形程度的增加， 出现强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象。
温 度
熔点
非晶体
晶体
时间
晶体和非晶体的熔化曲线
（2）各向异性
不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象
Z
Z
Y
Y
X
X
3.原子（离子）的刚球模型
● 晶体结构
原子中心位置
点阵（晶格）模型 晶胞
Z
晶胞
c
b
a
Y
X
晶格常数 a，b，c
（1）体心立方晶格 bcc 三种常见的金属晶体结构
-Fe、W、V、Mo 等。
3.相和组织的概念。 4.晶体缺陷（点、线、面缺陷），位错等概念。
一般要求
1. 晶面，晶向，晶格常数，晶格的致密度；晶体的各 向异性。