第2章-金属材料的组织结构PPT

四方
原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距 菱方 的一半。
晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。
正交
配位数: 晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目.
致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。
单斜
三斜
二、金属的晶体结构
1、纯金属的晶体结构
金属原子是通过正离子与自
由电子的相互作用而结合的，称
原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等
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⑵ 面 心 立 方 晶 格
面心立方晶格
面心立方晶格的参数
面心立方晶格
晶格常数：a
原子半径： r 2 a
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原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等
金 属 键
C60
2.1 金属材料的晶体结构与结晶
2.1.1 金属的晶体结构
一、基本概念 晶体：原子呈规则排列的固体。 常态下金属主要以晶体形式
存在。 晶体具有各向异性。 非晶体：原子呈无序排列的固
体。 在一定条件下晶体和非晶体
可互相转化。
金属的结构
晶态
非晶态
SiO2的结构
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晶格：用假想的直线将原子 中心连接起来所形成的三维 空间格架。
即点、线、面缺陷。
① 点缺陷 ：空间三维方向上尺寸都很小的缺陷。
空位：晶格中某些缺排原子的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，
也可以是外来原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。
点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶 格畸变，从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
为金属键。
金属原子趋向于紧密排列。
正离子
电子云
金属键示意图
具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。
常见纯金属的晶格类型有体心立方(bcc)、面心立方(fcc)
和密排六方(hcp)晶格。
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⑴ 体心立方晶格
体心立方晶格
体心立方晶格的参数
体心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c)
原子半径： r 3 a 4
半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
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位错密度：
单位体积内所包含的位错线
总长度。
= S/V(cm/cm3或1/cm2)
金属的位错密度为104~1012/cm2；
位错对性能的影响：
金属的塑性变形主要由位错 运动引起，因此阻碍位错运动是 强化金属的主要途径。
空位
间隙原
小置换原
大置换原
子
子
子
② 线缺陷：在三维尺寸的两个方向上尺寸很小，另一个
方向上尺寸较大的缺陷；
晶体中的位错是典型的线位错。
晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，
滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错；
分为刃型位错和螺型位错。
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刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子 面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就 是刃型位错。
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晶体缺陷对金属材料带来的性能影响：
缺陷的存在对金属的物理性能和机械性能都有一定的 影响，利用缺陷强化金属。
点缺陷：存在对金属的物理性能和力学性能都有一定影 响，尤其影响晶体的电阻和晶体密度最显著。可达到固溶 强化（强度、硬度提高，塑性、韧性降低）；
线缺陷：大量位错互相缠结，交织在一起，阻碍塑性变 形，造成金属强化称加工硬化（强度、硬度提高，塑性、 韧性降低）；
第2章 金属材料的组织结构
2.1 金属材料的晶体结构与结晶 2.1.1 金属的晶体结构
2.1.2 纯金属的结晶 2.1.3 金属的同素异构转变 2.1.4 合金的晶体结构 2.2 铁碳合金相图 2.2.1 二元合金相图种类 2.2.2 铁碳合金相图
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物质由原子、分子或离子组成。 原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。 原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。 它们的具体组合状态称为结构。
直线的交点（原子中心） 称结点。
由结点形成的空间点的 阵列称空间点阵。 。
晶胞： 能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。
晶格常数：
各棱边的尺寸 a、b、c；夹角、、。
晶系：
立方
根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。
90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。
六方
立方晶系：a=b=c，===90
六方晶系：a1=a2=a3 c，==90，=120
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多晶体：
实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规
则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。
晶界：晶粒之间的交界面。晶粒越细小，晶界面积越大。 多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。
光学金相显示的纯铁晶界
多晶体示意图
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⑵ 晶体缺陷
晶格的不完整部位称晶体缺陷。
实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类,
面缺陷：细晶强化（强度、硬度提高，塑性、韧性改 善） 。
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2.1.2 纯金属的结晶
物质由液态转变为固态的过程称为凝固。
物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。
物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变，结晶过程是相
变过程。
非
水
减少或增加位错密度都可以
提高金属的强度。
金属晶须
退火态
(105-108/cm2)
加工硬化态
(1011-1012/cm2)
电子显微镜下的位错观察
③ 面缺陷：在三维尺寸的一个方向上尺寸很小，另两个方向 上尺寸较大的缺陷，主要有晶界与亚晶界两种。
晶界是不同位向晶粒间的过度部位，宽度为5~10个原子
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⑶ 密排六方晶格
密排六方晶格
密排六方晶格的参数
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 1 a
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原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
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2、实际金属的晶体结构 ⑴ 单晶体与多晶体
单晶体：由一个核心（称为晶核）生长而成的晶体。 特征：同一位向 如金刚石、水晶单晶硅等。
间距，位向差一般为20~40°。
亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10’ ~2 )
的小晶块。亚晶粒之间的交界面称亚晶界。
① 原子排列不规则. ② 熔点低。 ③ 耐蚀性差。 ④ 易产生内吸附，外来原子易在晶界偏聚。 ⑤ 阻碍位错运动，是强化部位，因而实际 使用的金属力求获得细晶粒。 ⑥ 是相变的优先形核部位。