第2章材料的结构、第3章凝固、变形.pptVIP

第2章 材料的结构、凝固与变形 本章主要内容是：金属的晶体结构；结晶；金属的塑性变形与再结晶。 第 1节 金属的晶体结构与结晶 金属的内部结构和组织状态是决定金属材料性能的一个重要因素。对于金属内部结构的研究通常把金属原子作为研究的基本单位，讨论金属原子间的相互结合以及原子排列规律等。 金属在固态下通常都是晶体，要了解金属内部结构，首先要了解晶体的结构，其中包括晶体中原子之间的相互作用、结合方式、原子排列方式和分布规律、各种晶体的特点与差异等。 一、金属的晶体结构 1.晶体与非晶体 固体物体按其原子（或分子）的聚集状态分为：晶体和非晶体 晶体：是指其原子呈规则排列的固态物体。 在自然界中，包括金属在内的大多数固体都属于晶体。天然晶体往往会具有规则的几何外形，如钻石、宝石、水晶等，冰花、雪花、盐等也容易看到规则的几何外形。但金属晶体及其制品，一般则看不到规则的几何外形。 非晶体：是指其原子（或分子）呈无规则堆砌的固态物质。 少数物质，如玻璃、松香、木材、棉花等属于非晶体，其内部的原子则是散乱分布。 晶体与非晶体的区别: (1)晶体可具有规则几何外形； (2)晶体具有固定的熔点； (3)晶体具有各向异性(不同方向性能不同)。 2.基本概念(晶格、晶胞、晶格常数、晶向与晶面 ) 为研究晶体中原子的排列规律，假定理想晶体中的原子都是固定不动的钢球，晶体即由这些钢球堆垛而成，形成原子堆垛的球体几何模型,如下图。这种模型的优点是立体感强，很直观，但钢球密密麻麻地堆垛一起，很难看清内部原子排列的规律和特点。 (1) 晶 格 为了便于分析各种晶体中的原子排列的规律性，常以通过各原子中心的一些假想联线来描绘其三维空间中的几何排列形式，如下图。各联线的交点称作“结点”，表示各原子中心位置。这种用以描述晶体中原子排列的空间格架称为空间点阵或晶格。 (2) 晶 胞： 组成晶体的最基本的几何单元称为晶胞,如图（c）。 晶格常数：晶胞的棱边长度和棱边间相互夹角α、β、γ表示，如图（c） 晶格中由一系列原子组成的平面称为晶面，晶格中各原子列的位向称为晶向。 3.常见的金属晶体结构 金属原子之间的结合是靠金属键，因此固态金属具有以下特性： （1）良好的导电性； （2）良好的导热性； （3）正的电阻温度系数； （4）具有不透明性和金属光泽； （5）具有良好的塑性或延展性。 常见的金属晶体结构类型有： （1） 体心立方晶格（bcc)： 体心立方晶格的晶胞它是一个立方体。在晶胞的中心和八个角上各有一个原子，晶胞角上的原子为相邻的八个晶胞所共有，每个晶胞实际上只占有1／8个原子。而中心的原子为该晶胞所独有。故晶胞中实际原子数为8×1／8＋1＝2（个）。具有体心立方品格的金属有。α-Fe、Cr、V、Nb、Mo、W等。 (2) 面心立方晶格(fcc):单个晶胞中原子数为4个， 面心立方晶格也是一个立方体，在晶胞的每个角上和晶胞的六个面的中心都排一个原子，晶胞角上的原子为相邻的八个晶胞所共有，而每个面中心的原子为两个晶胞共有。所以，面心立方晶胞中原子数为8×1／8＋6×1／2＝4（个）。 具有面心立方晶格的金属有：?-Fe、Cu、Ni、Al 、A g、Au、Pb、Pt 等。 （3）密排六方晶格（hcp)： 密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，有六个呈长方形的侧面和两个呈六边形的底面所组成。因此，要用两个晶格常数表示。一个是柱体的高度c，另一个是六边形的边长，在晶胞的每个角上和上、下底面的中心都排列一个原子，另外在晶胞中间还有三个原子。 密排六方晶胞每个角上的原子为相邻的六个晶胞所共有，上、下底面中心的原子为两个原子所共有，晶胞中三个原子为该晶胞独有。所以，密排六方晶胞中原子数为12×1／6＋2×1／2＋3＝6（个）。具有密排六方晶格的金属有Mg 、Zn 、 Be、Cd等。 。 实际金属晶体缺陷 前面讨论的金属晶体结构是理想的结构，是由原子排列位向或方向完全一致的晶格组成的，称为单晶体(或理想晶体)。 实际金属是多晶体结构，是由很多小的单晶体所组成，称多晶体中的每个单晶体为晶粒，每个晶粒的原子位向是不同的。 晶粒内存在着亚结构（在多晶体每个晶粒内部，存在着许多尺寸更小，位向差也很小的小晶块。这些在晶格位向上彼此有微小差别的晶内小区域称为亚结构（或亚晶粒,在高倍显微镜或电子显微镜下才能观察到）。同时，由于结晶