第二章工程材料结构01金属及合金的晶体结构.pptVIP

第2章 工程材料结构 金属的结构 高分子材料的结构 陶瓷材料的结构 第二章 工程材料的结构 1 课程的目的： 1）理解晶体结构，熟悉典型金属与合金的晶体结构特点及表示方法； 2）掌握常见晶体缺陷特征及其几何特征对性能的影响； 2 主要内容： 晶体和点阵的概念 三种常见的金属晶体结构及特征参数：体心立方、面心立方、密排六方、单胞原子数、致密度、配位数 晶体的描述：晶向指数和晶面指数 合金的晶体结构 晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷 第二章 工程材料的结构 不同的金属材料具有不同的性能，就是同种材料，在不同的状态下其性能差别也很大，这种现象与其内部的微观结构密切相关。因此，在介绍金属材料前，先来了解一下金属材料的内部结构与性能的一些基本概念。 什么是晶体？ 第一节 晶体的结构 晶体与非晶体 晶体与非晶体 晶体具有各向异性。 在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 晶体的概念 ?晶粒:如果用纯铁做一个试样，对其平面进行研磨和抛光，再选用一定的侵蚀剂（4%硝酸酒精溶液）对其表面稍加腐蚀，然后用水清洗干净并吹干，再放在金相显微镜下进行观察，便可清楚地看到纯铁是由许多外形类似而不规则的多边形颗粒所组成。这种不规则地颗粒则称为“晶粒”，如图2-1（d）所示。 晶界:在晶粒内，由于各个方向原子排列的情况不同，故而呈现各向异性。在χ射线下分析，每个晶粒内部的原子排列大都是整齐而有规律的。晶粒与晶粒之间的过渡区称为“晶界”。 2 晶格特征参数 2、 金属中常见的晶体结构 1.体心立方晶格 特点：?b 较好。属于该类晶格的常见金属有 α-Fe(912oC)、δ-Fe(1400oC)、Cr、W、Mo、V等 8个原子处于立方体的顶角上，并未相邻8各晶胞所共有，中心的1个原子 ,bcc中原子数为：8×1/8+1=2(个),晶格参数：a=b=c,α=β=γ=90°； 晶格致密度 2 几何特征 （BCC晶格） 2、面心立方晶格（fcc） 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。 具有这种晶格的金属有A1、Cu、Ni、Au、Ag、γ-Fe(912℃～1394℃)等。特点：A、Z (塑性)较好。 课堂练习： 试计算体心立方与面心立方晶格的致密度？ 3、密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞中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。 密排六方晶格 2 几何特征 （HCP晶格） 为了便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶面，国际上通用密勒（Miller）指数来统一标定晶向指数与晶面指数。 立方晶系中： 1.晶向指数 2.晶面指数 晶面指数和晶向指数 立方晶系晶面指数的确定 单晶体的各向异性 同一晶体的不同晶面和晶向上的性能不同 4.晶体的缺陷 晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完整。把这些区域称为晶体缺陷。这些缺陷的存在，对金属的性能（物理性能、化学性能、机械性能）将产生显著影响，如钢的耐腐蚀性，实际金属的屈服强度远远低于通过原子间的作用力计算所得数值。 根据晶体缺陷的几何形态特征，可将其分为以下三类：点缺陷、线缺陷和面缺陷。 1、点缺陷——空位和间隙原子?↗ ?↘ 在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。 由于空位和间隙原子的存在 ，使晶体发生了晶格畸变，晶体性能发生改变，如强度、硬度和电阻增加。 晶体中的空位和间隙原子处于不断地运动和变化之中，在一定温度下，晶体内存在一定平衡浓度的空位和间隙原子，空位和间隙原子的运动，是金属中原子扩散的主要方式，对金属材料的热处理过程极为重要。 2、线缺陷——位错 3、面缺陷——晶界和亚晶界 面缺陷是指在三维空间一维方向上尺寸很小，另两维方向上尺寸较大的缺陷。 通常指晶界和亚晶界两种。 亚晶界和晶界都能提高金属的强度及改善塑性、韧性，称为细晶强化。 冷却曲线:用热分析法测定时描述金属结晶过程的曲线。 将纯金属加热熔化成液体，然后让液