机械工程材料第二章.pptVIP

第二章 金属与合金的晶体结构;第一节 晶体的基本知识;一、晶体与非晶体 晶体：原子在三维空间内按一定的几何规律作周期性规则排列。长程有序。 非晶体：原子在三维空间内不规则排列。长程无序。 在自然界中除少数物质（如普通玻璃、松香、石蜡等）是非晶体外，绝大多数都是晶体，如金属、合金、硅酸盐，大多数无机化合物和有机化合物，甚至植物纤维都是晶体。?;水晶;晶体与非晶体的性能区别 有些晶体具有规则的多面体外形，如水晶；有些则没有规则整齐的外形，如金属。 晶体有固定的熔点，而非晶体则没有。 非晶体各向同性。 ;晶体与非晶体在一定条件下可以相互转变 玻璃经长时间加热能变为晶态玻璃； 金属从高温液态急冷，可变为非晶态金属； 非晶态金属具有高的强度与韧性等一系列突出性能，近年来已为人们所重视。;二、晶格与晶胞和晶格常数 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。直线的交点（原子中心）称结点。这种抽象化的空间的格架称晶格 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元;;晶格常数： 晶轴。晶胞每个边的尺寸 a、b、c晶格常数。 各棱间夹角用?、?、?表示。;第二节 金属的晶体结构;特点： 逸出电子共有， 结合力较大， 无方向性和饱和性； 金属特性： 导电性、导热性， 正的电阻温度系数， 延展性好， 金属光泽。;二、金属中常见的晶格 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。 立方晶系：a=b=c，?=?=?=90? 六方晶系：a1=a2=a3? c，?=?=90?，?=120? ;在元素周期表一共约有110种元素，其中80多种是金属，占2/3。而这80多种金属的晶体结构大多属于三种典型的晶体结构。它们分别是： 1、体心立方晶格（BCC） 2、面心立方晶格（FCC） 3、密排六方晶格（HCP）;（一）体心立方晶格（ BCC） 原子排列： 体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠。?????? 体心立方晶胞特征： a=b=c, α=β=γ=90° ;原子个数 每个晶胞实际占有的原子个数。 （分析时要认真考虑每个原子的空间状况） 在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这个晶胞。所以一个体心立方晶胞所含的原子数为 2个。? ;原子半径 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线, 所以原子半径与晶格常数a之间的关系为： 常见金属 钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, 912℃)等。 ?;（二）面心立方晶格（ FCC） 原子排列方式 金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。 面心立方晶胞的特征： a=b=c, α=β=γ=90°;原子个数：4 原子半径 ;常见金属 具有这种晶格的金属有：铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ- 铁(γ-Fe, 912℃～1394℃)等。? ;（三）密排六方晶格（ HCP） 原子排列方式 十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上下底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀分布三个原子。;密排六方晶胞的特征： 晶格常数：用底面正六边形的边长a和两底面之间的距离c来表达, c/a=1.633，两相邻侧面之间的夹角为120°, 侧面与底面之间的夹角为90°。 ;晶胞原子数：6 原子半径： R=a/2? 常见金属 具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。??? ;三、晶体结构的致密度 晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数)。致密度越大, 原子排列紧密程度越大。 体心立方晶胞的致密度为： 晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余为空隙。 ?????????????? ;;面心立方晶格的致密度：0.74 (74%);密排六方晶格的致密度：0.74 (74%);;结论：当铁有面心立方转变为体心立方时，由于致密度发生了改变（减小），导致体积膨胀;四、晶面指数和晶向指数的标定 晶向：晶格中任意原子列在空间的位向。 晶面：晶格中任意原子构成的平面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。 ;;（一）晶面指数 确定步骤 建立坐标系：确定原点 、坐标轴和度量单位 量截距：x,y,z。 取倒数：h’,k’,l’ 化整数：h,k,l 加圆括号：(hkl)。 ;例一.求截距为?、1、?晶面的指数 截距值取倒数为0、1、0，