第2章金属材料的组织结构.ppt

2.1 金属材料的晶体结构与结晶 2.1.1 金属的晶体结构 2.1.2 纯金属的结晶 2.1.3 金属的同素异构转变 2.1.4 合金的晶体结构 2.2 铁碳合金相图 2.2.1 二元合金相图种类 2.2.2 铁碳合金相图 第2章 金属材料的组织结构 物质由原子、分子或离子组成。 原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。 原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。 它们的具体组合状态称为结构。 2.1 金属材料的晶体结构与结晶 2.1.1 金属的晶体结构 一、基本概念 晶体：原子呈规则排列的固体。 常态下金属主要以晶体形式存在。 晶体具有各向异性。 非晶体：原子呈无序排列的固体。 在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 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。 由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。 。 晶胞： 能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。 晶格常数： 各棱边的尺寸 a、b、c；夹角、、。 晶系： 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 原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。 配位数: 晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目. 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。 二、金属的晶体结构 1、纯金属的晶体结构 金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的，称为金属键。 金属原子趋向于紧密排列。 具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。 常见纯金属的晶格类型有体心立方(bcc)、面心立方(fcc)和密排六方(hcp)晶格。 ⑴ 体心立方晶格 体心立方晶格 体心立方晶格的参数 体心立方晶格 原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等 晶格常数：a(a=b=c) ⑵ 面心立方晶格 面心立方晶格 面心立方晶格的参数 原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等 晶格常数：a 面心立方晶格 ⑶ 密排六方晶格 密排六方晶格 密排六方晶格的参数 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等 晶格常数：底面边长 a 和高 c， c/a=1.633 密排六方晶格 2、实际金属的晶体结构 ⑴ 单晶体与多晶体 单晶体：由一个核心（称为晶核）生长而成的晶体。 特征：同一位向  如金刚石、水晶单晶硅等。 多晶体： 实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。 晶界：晶粒之间的交界面。晶粒越细小，晶界面积越大。 多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。 ⑵ 晶体缺陷 晶格的不完整部位称晶体缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类, 即点、线、面缺陷。 ① 点缺陷 ：空间三维方向上尺寸都很小的缺陷。 空位：晶格中某些缺排原子的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，也可以是外来原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。 点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变，从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 ② 线缺陷：在三维尺寸的两个方向上尺寸很小，另一个方向上尺寸较大的缺陷； 晶体中的位错是典型的线位错。 晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错； 分为刃型位错和螺型位错。 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。 位错密度： 单位体积内所包含的位错线总长度。  = S/V(cm/cm3或1/cm2) 金属的位错密度为104~1012/cm2； 位错对性能的影响： 金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。