金属的晶体结构(3).ppt

,,1.1金属材料的结构与组织1.2金属材料的性能1.3高分子材料的结构与性能1.4陶瓷材料的结构与性能,第1章材料的结构与性能,,,1.1.1纯金属的晶体结构1.1.2合金的晶体结构1.1.3金属材料的组织,1.1金属材料的结构与组织,,,,0．晶体的概念、晶体结构1．三种常见的晶体结构2．晶面和晶向3．金属晶体的特性4．晶体缺陷,1.1.1纯金属的晶体结构,,,,晶体材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。,非晶体原子无规则堆积，也称为“过冷液体”。,●晶体的概念,,,,,,,,,,,,,,,,,,,原子（离子）的刚球模型,●晶体结构,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,点阵（晶格）模型,,,,晶胞,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X,Y,Z,a,,,b,,c,晶格常数a，b，c,,,,,,,,,,1．三种常见的金属晶体结构,（1）体心立方晶格bcc（2）面心立方晶格fcc（3）密排六方晶格hcp,,,,（1）体心立方晶格bcc,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,-Fe、W、V、Mo等,,,,体心立方晶胞,晶格常数abc；90,晶胞原子数,原子半径,致密度0.68致密度Va/Vc，其中Vc晶胞体积a3Va原子总体积24r3/3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X,Y,Z,a,,,b,,c,,,,,,,,,,,2r,,2r,a,a,,2,,,,（2）面心立方晶格fcc,-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,面心立方晶胞,晶格常数abc；90,晶胞原子数,原子半径,致密度0.74,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X,Y,Z,a,,,b,,c,,,,,,,,,,,密排方向,4,,,,（3）密排六方晶格hcp,C（石墨）、Mg、Zn等,,,,,,,,晶格常数底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角90,晶胞原子数6,原子半径a/2,致密度0.74,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.金属晶体中的晶面和晶向,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X,Y,Z,a,b,c,,,,,,晶面通过原子中心的平面,晶向通过原子中心的直线所指的方向,,,,,,3.金属晶体的特性,,,（1）有确定的熔点,,,,熔点,晶体,非晶体,,,,（2）各向异性,不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X,Y,Z,,,,,,,4.实际金属中的晶体缺陷,实际金属晶体结构与理想结构的偏离,单晶体内部晶格位向完全一致的晶体（理想晶体）。如单晶Si半导体。多晶体由许多位向不同的晶粒构成的晶体。,,,,晶体缺陷类型,（1）点缺陷空位、间隙原子、异类原子（2）线缺陷位错（3）面缺陷晶界与亚晶界,,,,（1）点缺陷,如果间隙原子是其它元素就称为异类原子（杂质原子）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,空位,间隙原子,,,,,（2）线缺陷刃位错与螺位错,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,刃位错,,,,,刃位错,,,,螺位错,,,,（3）面缺陷,,,,亚晶界,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,亚晶界,面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。,,,,●组元与相的概念●固溶体●金属化合物,1.1.2合金的晶体结构,,,,组元与相的概念,组元组成合金的独立的最基本单元。例如元素、稳定化合物。如，Fe-C合金中，Fe、C均为组元。,相化学成分和晶体结构相同，且有界面与其它部分分开的均匀组成部分。,合金中有两类基本相固溶体和化合物,,,,固溶体,固溶体概念合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。如，FeC固溶体。,溶解度概念,,,,固溶体类型,,,,,,固溶强化,形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,正常晶格,晶格畸变,,,,晶格畸变,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,小原子置换引起的晶格畸变,间隙原子引起的晶格畸变,,,,,,,,,,,,金属化合物,化合物类型,合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相,正常价化合物按化合价规律形成，如，Mg2Si。,间隙化合物过渡金属小半径非金属元素,电子化合物按电子浓度规律形成，如，Cu3Al。,{,间隙相r非/r金0.59，如，WC、TiC、VC,复杂结构的间隙化合物r非/r金0.59如，Fe3C、Cr23C6,间隙化合物熔点高、硬度高，脆性大。,,,,1.1.3金属材料的组织,组织（显微组织）指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌,组织由相构成，观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。,金属材料性能由组织决定，而组织由化学成分和工艺过程决定。,,,1.2.1工艺性能1.2.2机械性能1.2.3理化性能,1.2金属材料的性能,,,,,铸造性能流动性、收缩性、偏析,1.2.1工艺性能,热处理性能淬透性,锻造性能塑性、变形抗力,焊接性能焊接性、碳当量,切削性能表面粗糙度、刀具寿命,,,,强度、塑性、硬度、疲劳强度、断裂韧性,1.2.2机械性能,,,,1.2.3理化性能,●物理性能密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。,●化学性能耐腐蚀性、抗氧化性。,,,,本章小结,本章重点1.晶体结构的基本概念晶体，晶格，晶胞，三种常见的金属晶格。单晶体，晶粒，多晶体。固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化及其实际应用3.相和组织的概念。,一般要求1.晶面，晶向，晶格常数，晶格的致密度；晶体的各向异性。2.晶体缺陷（点、线、面缺陷，位错等概念）。,,,,作业1,P342.1,2,43.14.2,6,7,8,,,TheEnd,ofChapter1,