材料第1章 金属材料的结构与性能.pptVIP

北京邮电大学自动化学院 晶体的三大特征： 原子排列有序；有固定的熔点；各向异性。 晶格和晶胞 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。为了确定晶向、晶面在晶体中的空间位向，就需要引入一个统一的规则来标志它们，这种统一的标志，叫做晶向指数和晶面指数。国际上通用的是密勒（Miller）指数。 晶向指数的确定步骤如下： （1）以晶胞中的某一阵点为原点，以三条棱边为X、Y、Z轴，并以晶胞棱边的长度为单位长度； （2）如果所求晶向未通过坐标原点，过原点引一条平行于所求晶向的有向直线； （3）在所引直线上取离原点最近的那个原子，求出其在X、Y、Z轴上的坐标； （4）将三个坐标值按比例化为最小整数，依次记入方括号[ ]中，即得所求晶向指数。 通常以[uvw]表示晶向指数的普遍形式，若其中某数为负值，应将负号标注在该数的上方，例如 。 晶向族 在立方晶系中：[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]八个晶向，指的是立方体中四个对角线的方向。从晶体的对称关系来看，这一组晶向在性质上是等同的，故总称之为晶向族。原子排列情况相同，但空间位向不同的所有晶向称为晶向族，用表示，上述八个晶向即可用111表示。 同理，100代表：[100]、[010]、[001]、[100]、[010]、[001] 六个晶向。 应当指出，只有在立方晶系中晶向族各晶向指数可以通过改变指数和正负号的排列组合方式求出。对于其他晶系并不一定适用。 晶面族 在同一晶体结构中，有些晶面上的原子排列和晶面间距完全相同，但具有不同的空间位向，这些晶面均归并为一个晶面族，用{}表示。例如，在立方晶系中： ｛100｝包括（100）,（010）,（001） ｛110｝包括（110）,（101）,（011）,（110）,（101）,（011） ｛111｝包括（111）,（111）,（111）,（111） 晶面族不仅包括了相互平行的一组晶面，而且也包括了位向不同，但晶面间距相等、原子排列相同的若干组平行晶面。 在立方晶系中，{hkl}晶面族所包括的晶面可用改变h、k、l的正负号及数字的排列组合来求得。但是这种方法不适用于其他晶系。 单晶体与多晶体 晶体中原子排列规律相同，晶格位向一致的晶体，称为单晶体。在实际应用中金属材料中较少的用单晶体金属，工程上使用的金属材料，都是由很多小晶体组成的，这些小晶体内部的晶格位向是均匀一致的，而它们之间，晶格位向却彼此不同，这些外形不规则的颗粒状小晶体称为晶粒。每一个晶粒相当于一个单晶体。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。这种由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。 晶界 晶界是两相邻晶粒间的过渡界面。由于相邻晶粒间彼此位向各不相同，故晶界处的原子排列与晶内不同，它们因同时受到相邻两侧晶粒不同位向的综合影响，而做无规则排列或近似于两者取向的折衷位置的排列，这就形成了晶体中的重要的面缺陷。 晶界是晶体中的一种重要的缺陷。由于晶界上的原子排列不规则，脱离平衡位置，所以晶界具有较高的能量，使其具有一系列不同于晶粒内部的特征。例如，晶界比晶粒容易被腐蚀，熔点较低；原子沿晶界扩散速度快；在常温下晶界对金属的塑性变形起阻碍作用。因此，金属材料晶粒愈细小，则晶粒愈多，其室温强度愈高。 亚晶界 实验表明，在实际金属的一个晶粒内部晶格位向也并非一致，而是存在一些位向略有差异的小晶块（位向差一般不超过2°）。这些小晶块称为亚结构。亚结构之间的界面称为亚晶界。亚晶界实际上是由一系列的位错所组成。亚晶界上原子排列也不规则，具有较高的能量，与晶界类似的特征，故细化亚结构，可显著提高金属的强度。 置换固溶体 当溶质与溶剂原子半径的比值rb/ra＜0.59时，形成间隙固溶体。溶质原子填充到溶剂晶格的间隙中形成间隙固溶体，如图所示。形成间隙固溶体的溶质原子通常都是一些原子半径小的非金属元素，如氢（0.046nm）、氧（0.061nm）、氮（0.071nm）、碳（0.077nm）、硼（0.097nm），溶剂则大多数是过渡族元素。 2、金属化合物 在合金中，溶质原子浓度超过固溶体的固溶极限时，将会形成一种晶格结构，特性完全不同于任一组元的新相，因其具有金属性质，称之为金属化合物。由于它们常处在相图的中间位置，所以又被称为中间相。中间相分为正常价化合物、电子化合物和间隙化合物三种。 （1）正常价化合物 正常价