工程材料 材料的結(jié)構(gòu)

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1、第三節(jié)金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能一、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)（一）晶體的基本概念●晶格：用假想的直線將原子中心連接起來(lái)所形成的三維空間格架。直線的交點(diǎn)（原子中心）稱結(jié)點(diǎn)。由結(jié)點(diǎn)形成的空間點(diǎn)的陣列稱空間點(diǎn)陣?！窬О耗艽砭Ц裨优帕幸?guī)律的最小幾何單元。1、晶格與晶胞晶格與晶胞2晶系：根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。90%以上的金屬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?立方六方四方菱方正交單斜三斜晶格常數(shù)：晶胞個(gè)邊的尺寸a、b、c。各棱間的夾角用?、?、?表示。3原子半徑：晶胞中原子密度最大方向上相鄰原子間距的一半

2、。4晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。5配位數(shù)及致密度：配位數(shù)是指晶格中與任一原子距離最近且相等的原子數(shù)目。致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。1.體心立方晶格二、常見(jiàn)金屬的晶格類型體心立方晶格的參數(shù)體心立方晶格原子個(gè)數(shù)：2配位數(shù)：8致密度：0.68常見(jiàn)金屬：?-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等晶格常數(shù)：a(a=b=c)原子半徑：2面心立方晶格面心立方晶格的參數(shù)a42r=：原子半徑原子個(gè)數(shù)：4配位數(shù)：12致密度：0.74常見(jiàn)金屬：?-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等晶格常數(shù)：a面心立方晶格3密排六方結(jié)構(gòu)(h.c.p)a21r=：原子半徑原子個(gè)數(shù)：6配位數(shù)：12致密度：0.74

3、常見(jiàn)金屬：Mg、Zn、Be、Cd等晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng)a和高c，c/a=1.633密排六方晶格三、立方晶系晶面、晶向表示方法晶體中各方位上的原子面稱晶面。各方向上的原子列稱晶向。⑴晶面指數(shù)表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)。其確定步驟為：①確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。②取三個(gè)截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，加圓括弧，形式為（hkl）。⑵晶向指數(shù)表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)。其確定步驟為：①確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，過(guò)原點(diǎn)作所求晶向的平行線。②求直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值并按比例化為最小整數(shù)，加方括弧。形式為[uvw]。⑶晶面族與晶向族(hkl)與[uvw]分別表示的是一組平行的晶向和晶

4、面。指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱作晶向族或晶面族。分別用{hkl}和表示。立方晶系常見(jiàn)的晶面為：{110}（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY立方晶系常見(jiàn)的晶向?yàn)椋?111>[111][111][111][111]XZY說(shuō)明：①在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。②遇到負(fù)指數(shù)，“-”號(hào)放在該指數(shù)的上方。--③晶向具有方向性，如[110]與[110]方向相反。XZY(221)[221][110][110]（四）、金屬的實(shí)際結(jié)構(gòu)與晶體缺陷純鐵組織晶粒示意圖⑴單晶體與多晶體單晶體：其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。多晶體：晶粒：實(shí)際使

5、用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱為晶粒。晶界：晶粒之間的交界面。晶粒越細(xì)小，晶界面積越大。多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。光學(xué)金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖1.點(diǎn)缺陷空間三維尺寸都很小的缺陷?？瘴婚g隙原子置換原子2.線缺陷—晶體中的位錯(cuò)位錯(cuò)：晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體發(fā)生局部滑移，滑移面上滑移區(qū)與未刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)滑移區(qū)的交界線稱作位錯(cuò)。分為刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)刃位錯(cuò)的形成刃型位錯(cuò)：當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出半個(gè)原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多余原子面的邊緣就是刃型位錯(cuò)。半原子面在滑移面以上的稱正位錯(cuò)，用“┴”

6、表示。半原子面在滑移面以下的稱負(fù)位錯(cuò)，用“┬”表示。位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。?=S/V(cm/cm3或1/cm2)金屬的位錯(cuò)密度為104~1012/cm2位錯(cuò)對(duì)性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑。減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。金屬晶須退火態(tài)(105-108/cm2)加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2)??3.面缺陷—晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過(guò)度部位，寬度為5~10個(gè)原子間距，位向差一般為20~40°。亞晶粒大角度和小角度晶界位錯(cuò)壁亞晶粒是組成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10’~2?)的小晶塊。亞晶粒之

7、間的交界面稱亞晶界。亞晶界也可看作位錯(cuò)壁。二、合金的相結(jié)構(gòu)合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組成合金的元素相互作用可形成不同的相。Al-Cu兩相合金黃銅所謂相是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。顯微組織實(shí)質(zhì)上是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。固態(tài)合金中的相分為固溶體和金屬化