第二章 金属与合金的晶体结构

则的外形
（2）固定的熔点
机 械
（3）在不同的方向上具有不同的性能，即具有 各向异性。
（铁（为如15：3M8℃g的、电铝阻为率66在0℃不、同铅方3向27上.5有℃4.5、×金1刚03Ω石·3m5和503℃.8×、1石03墨Ω·3m6两52种℃ ）；
制 造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
成互的作均用匀生相成的晶格类
固态合金的相结构
固溶体
型和性能完全不同于 任一组元，并且有一
定金属性质的新相
金属化合物
机
械
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
二、合金的相结构
1、固溶体：合金在固态下，组元间仍能互相溶 解而形成的均匀相
固溶体的晶格类型与其中某一组元的晶格类型相同
械 制 造
据溶剂晶格的结点。
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
若两组元晶格类型相同， 原子半径相近，在周期表 中临近，则有能形成无限 固溶体
机
械 α-铁和铬晶格均为—体心立方制
造
铜和镍—面心立方
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
二、合金的相结构
1、固溶体
机 械 制 造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构 §2.2 合金的晶体结构 §2.3 实际金属的晶体结构 本章小结
机 械 制 造 基 础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.3 实际金属的晶体结构
单晶体是指具有一致结晶位向的晶体 (特殊方法才 能得到 ) ，表现出各向异性。
后，将引起晶格畸变，晶
格常数发生变化；
原子尺寸相差大
化学性质不同强度
这种由于溶质原子的溶入，
如：在低合金钢中利使用基M体n金,S属i 等（元溶素剂）的强
畸变增大 来强化铁素体
度、硬度升高的现象就叫
变形的抗力增大
固溶强化
机 械 制 造
硬度升高，塑、韧性降低
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
二、合金的相结构
2、金属化合物
组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组 成的物质
如：ZnS、CuZn、Fe3C
金属化合物的熔点较高，性能硬而 脆。当合金中出现金属化合物时，通常 能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但 会降低塑性和韧性。
金属化合物是各类合金钢 硬质合金和许多有色金属 的重要组成相，常作为强 化相来发挥作用。
固态物质按原子（或分子）的聚集不同分为两类：
晶 体 —— 原子具有规则排列的物质
非 晶 体 —— 原子不具有规则排列的物质
机
械
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
一、晶体结构的基本知识
1、晶体与非晶体
晶体的三个特征：
（1）晶体中的原子（或分子）在三维空间作有
规则的周期性的重复排列，因此晶体具有规
合金组成物。如：晶
4、相
体或晶粒的大小、方
合金中凡是结构、成分和性能相向观同、组形织并状。且、与排其列它等微
机 械
部分有界面分开的均匀组成部分
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
二、合金的相结构
固溶体—
根据组元间相互作用不同，
合金金属在化固合态物下—，各组组元元的 间原仍子能按互一相定溶的解比而例形相
2-5 实际金属有哪些晶体缺陷? 这些缺陷对性能有何影响?
2-6 什么是固溶体? 绘图说明固溶体的种类。
2-7 什么是固溶强化?
机
2-8 金属化合物的主要性能和特点是什么? 以Fe3C为例说明 之。
械 制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
教 学 要 求:了解和掌握金属与合金的晶
体结构、晶体缺陷，以及合金的相结构
为以后的学习奠定基础
机
械
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
第二章 金属与合金的晶体结构
材料性能的决定因素： 化学成分、内部组织和状态。
✓ 化学成分是改变性能的基础
✓ 组织是性能变化的根据
机 械
制
1、体心立方
a=b=c
α=β=γ=90°
机
械
如： α-铁、铬、钼、铌、钒、钾等
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
二、金属中常见的晶格类型
2、面心立方
a=b=c
α=β=γ=90°
机
械
如： γ-铁、铜、金、铅、铝、银、铱等
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
一、晶体结构的基本知识
2、晶格和晶胞
晶胞的描述：
晶格常数：
a、b、c、
α、β、γ
机 械
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
二、金属中常见的晶格类型
体心立方 面心立方 密排六方
机 械 制 造 基 础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
二、金属中常见的晶格类型
二、合金的相结构
1、固溶体：
置换固溶体：溶质原子占据了部分溶剂晶格的结
点位置而形成的固溶体，当溶剂和溶质的原子半
径比较接近时容易形成
根据固溶体中溶质原子的溶有解限情固况溶体，——溶质原 机
有限固溶体
置换固溶体
无限固溶体
子在溶剂中的溶解量受 无到限限固制溶，体只—能—部两分组占元据可 以溶按剂任晶意格比的例结相点互位溶置解， 即溶质原子能无限制地占
Байду номын сангаас
不占据正常晶格位置而处在晶格空隙中 的原子，称为间隙原子
机 械
强度提高
应力
畸变
制
扩散
运动
造 基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.3 实际金属的晶体结构
二、金属的晶体缺陷
2．位错 （线缺陷）
位错——晶体中某处有一列或若干列原子发生有 规律的错排现象。刃型位错是金属晶体中最常 见且最简单的位错
当晶体中有一个原子平面中断在晶体内部时，这
N为0.071nm
—有限固溶体，固溶度取决
于溶剂晶格类型、间隙原
子的大小
机
形成条件：
溶质原子很小，
械
溶质原子半径
溶剂原子半径 <0.59
一般是原子半径很小的 非金属元素
如：H、N、B、C、O
制 造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
二、合金的相结构
1、固溶体
由于溶质原子溶入溶剂晶格
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构 §2.2 合金的晶体结构 §2.3 实际金属的晶体结构 本章小结
本 章 重 点:合金的相结构、金属的晶体缺陷
机
械
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
一、晶体结构的基本知识 1、晶体与非晶体
二、金属中常见的晶格类型
3、密排六方
如： 镁、锌、钴、钛等
机 械
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构 §2.2 合金的晶体结构 §2.3 实际金属的晶体结构 本章小结
机 械 制 造 基 础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
个原子平面就像一把刀插在一个完整的晶体内，
机
原子平面中断处的边缘(称为位错线)就像刀刃，
械
这种位错称为刃型位错
制
强度提高
应力
原子错排在位错线周围
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.3 实际金属的晶体结构
二、金属的晶体缺陷
3．晶界和亚晶界（面缺陷）
多晶体中，晶粒之间存在着晶界。
晶界上原子的排列是不规则的，并受到相邻晶粒位
向的影响而取折衷位置
机
晶界处能量高 晶界处杂质多
易被腐蚀，熔点也比晶内低
械 制
阻碍位错的运动 不易发生塑性变形 造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.3 实际金属的晶体结构
二、金属的晶体缺陷
3．晶界和亚晶界（面缺陷）
亚晶界实际上是由一系列刃型位错所形 成的小角度晶界，处于晶粒内部
由于亚晶界处原子排列同样要产生晶格
固溶体的溶剂
其它组元— 溶质
根据溶质原子在溶剂晶格结点所占据的位置固溶体分
机
置换固溶体
械 间置隙换固固溶溶体体——溶溶质质原原子子分占布据在了 制
间隙固溶体
溶部剂分晶溶格剂的晶间格隙的中结形点成位的置固而溶形体成 的固溶体称置换固溶体 。
造 基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
畸变，因而亚晶界对金属性能有着
机
与晶界相似的影响
械
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
本章小结
纯金属常见的晶格结构分为
体心立方
面心立方
密排六方
合金中的相结构分为
置换固溶体
固溶体：固溶强化 间隙固溶体
金属化合物：硬而脆可作为强化相
晶体缺陷，按晶格缺陷的几何特征可分为
机
点缺陷－－空位和间隙原子
械
线缺陷－－位错
制
面缺陷－－晶界和亚晶界
造
基
础
习题
第二章 金属与合金的晶体结构
2-1 什么是晶体? 晶体的主要性能是什么?
2-2 解释下列概念：晶格、晶胞、晶格常数、晶粒、晶界、合 金、组元、相、合金系。
2-3 试绘示意图说明什么是单晶体? 什么是多晶体?
2-4 金属晶格的基本类型有哪几种? 试绘示意图说明它们的原 子排列。
按照缺陷的几何特征，可分为以下三类：
空位和间隙原子
机 械
位错
制
晶界和亚晶界
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.3 实际金属的晶体结构
二、金属的晶体缺陷 晶格空位
1、空位和间隙原子
在实际晶体结构中，晶格的某些结点，
往往未被原子所占有，在晶格中便出现
了空的结点，这种空着的晶格结点称为
晶格空位
间隙原子
机 械 制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
一、晶体结构的基本知识
2、晶格和晶胞 晶胞：从周期性变化的空间晶格中取出一个反
映点阵特性的基本单元（通常是平行六面体） 作为其组成单元，这个单元称为晶胞。
机 械 制 造 基 础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
置换固溶体
有限固溶体，其固溶度与温度有关：
温度高，固溶度高 温度低，固溶度低
高温下已经饱和的
有限固溶体冷却时，
机
会析出其它结构的产物
械
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
C二在、α-合Fe金中的的溶相解结度构为0.02%， N1在在、αγ固--FFe溶e中中体的为溶2.0解6%度，为0.095%， 在间γ-F隙e中固为溶2体.8%：，溶质原子分 C的布原子在半溶径剂0.晶07格7n的m 间隙中
一、合金的基本概念 1、合金
由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非 金属元素熔合在一起，形成具有金属特性的物质
2、组元
机
组成合金的独立的、最基本的单元—纯金属或 械
稳定化合物
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.2 合金的晶体结构
一、合金的基本概念
3、合金系
由二个或二个以上的组元按不同组的织含，是量指配用制肉的眼一或 系列不同成分的合金，称为一个借具合助有金显某微种系镜形，观态简察特称到征系的的
一、实际金属的多晶体结构
实际的金属都是由许多结晶位向不同的单晶体组 成的聚 合体，称为多晶体。
每一个小的单晶体叫做晶粒
机
械
晶粒与晶粒之间的界面叫做晶界
制
伪各向异性
造 基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.3 实际金属的晶体结构
二、金属的晶体缺陷
晶体内部由于结晶条件或加工 等方面的影响，使原子排列规 则受到破坏，表现出原子排列 的不完整性
一、晶体结构的基本知识
1、晶体与非晶体
金属晶体特性：
✓ 导电性
✓ 导热性
✓ 延展性
机 械
✓ 金属光泽
制
造
基
础
第二章 金属与合金的晶体结构
§2.1 纯金属的晶体结构
一、晶体结构的基本知识 2、晶格和晶胞
将晶体中的原子或离子看作为固定的刚球
晶格：把刚球看成是一个结点 ，用假想的线条 把将结点连接起来构成的空间格子称为晶格。