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1、第二章金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容:金屬的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)目的:掌握晶體結(jié)構(gòu)及其對(duì)材料的物理化學(xué)性能、力學(xué)性能及工藝性能的影響，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做好理論知識(shí)的準(zhǔn)備一、晶體的基本知識(shí)（一）、晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)按其原子（或分子）聚集狀態(tài)可分為晶體和非晶體兩大類。純鐵純銅純鋁晶體玻璃瀝青松香非晶體第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)1、晶格抽象的、用于描述原子在晶體中排列形式的幾何空間格架，簡(jiǎn)稱晶格。2、晶胞只從晶格中，選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的、最小的幾何單元來(lái)分析晶體中原子排列的規(guī)律，這個(gè)最小
2、的幾何單元稱為晶胞（二）、晶格、晶胞、晶格常數(shù)第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)3、晶格常數(shù)以棱邊長(zhǎng)度和棱面夾角來(lái)表示晶胞的形狀和大小。第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)（三）、金屬中常見(jiàn)晶格由于金屬鍵結(jié)合力較強(qiáng)，是金屬原子總趨于緊密排列的傾向，故大多數(shù)金屬屬于以下三種晶格類型。1、體心立方晶格(bbc)第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)晶胞原子數(shù)2原子半徑：晶胞體積為a3，晶胞內(nèi)含有2個(gè)原子所以它的致密度是：已知：體心立方結(jié)構(gòu)的原子半徑第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)原子個(gè)數(shù)：2致密度：0.68屬于該類晶格的常見(jiàn)金屬有α-Fe(<912oC)、δ-Fe(>14
3、00oC)、Cr、W、Mo、V等晶格常數(shù)：a(a=b=c)原子半徑：第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)2、面心立方晶格（fcc）第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)晶胞原子數(shù)4原子半徑：致密度：0.74第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)3、密排六方晶格第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)a21r=：原子半徑原子個(gè)數(shù)：6致密度：0.74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密排六方晶格第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)三種典型的金屬晶格類型體心立方晶格面心立方晶格密排立方晶格鉻、鎢、鉬、釩等鋁、銅、鉛、金等鎂、鋅、鈹、鎘、α鈦等第一節(jié)金
4、屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)二、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)單晶體：其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)晶粒：實(shí)際使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.第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)單晶體的各向異性同一晶體的不同晶面和晶向上的性能不同鐵的單晶體及其各方向上彈性模量（E）示意圖第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)三、晶體的缺陷晶體內(nèi)部的某些局部區(qū)域，原子的規(guī)則排列受到干擾而破壞，不象理想晶體那樣規(guī)則和完整。把這些區(qū)域稱為晶體缺陷。這些缺陷的存在，對(duì)金屬的性能（物理性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能）將產(chǎn)生顯
5、著影響，如鋼的耐腐蝕性，實(shí)際金屬的屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通過(guò)原子間的作用力計(jì)算所得數(shù)值。根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，可將其分為以下三類：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)1、點(diǎn)缺陷——空位和間隙原子在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點(diǎn)，往往未被原子所占據(jù)，這種空著的位置稱為空位。同時(shí)又可能在個(gè)別空隙處出現(xiàn)多余的原子，這種不占有正常的晶格位置，而處在晶格空隙之間的原子稱為間隙原子?？瘴婚g隙原子置換原子第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)由于空位和間隙原子的存在，使晶體發(fā)生了晶格畸變，晶體性能發(fā)生改變，如強(qiáng)度、硬度和電阻增加。晶體中的空位和
6、間隙原子處于不斷地運(yùn)動(dòng)和變化之中，在一定溫度下，晶體內(nèi)存在一定平衡濃度的空位和間隙原子，空位和間隙原子的運(yùn)動(dòng)，是金屬中原子擴(kuò)散的主要方式，對(duì)金屬材料的熱處理過(guò)程極為重要。第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)2、線缺陷——位錯(cuò)線缺陷是指在一個(gè)方向上尺寸較大，而在另外兩個(gè)方向上尺寸很小的缺陷，呈線狀分布，其具體形式是各種類型的位錯(cuò)。較簡(jiǎn)單的一種是“刃型位錯(cuò)”.第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)刃位錯(cuò)的形成刃位錯(cuò)滑移_立體圖第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)地毯挪動(dòng)第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)3、面缺陷——晶界和亞
7、晶界實(shí)際金屬材料是多晶體材料，則在晶體內(nèi)部存在著大量的晶界和亞晶界。晶界和亞晶界實(shí)際上是一個(gè)原子排列不規(guī)則的區(qū)域，該處晶體的晶格處于畸變狀態(tài)，能量高于晶粒內(nèi)部，在常溫下強(qiáng)度和硬度較高，在高溫下則較低，晶界容易被腐蝕等。第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)四、合金的相結(jié)構(gòu)由于組元間相互作用不同，固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)可分為固溶體和金屬化合物兩大類。1、固溶體合金在固態(tài)下，組元間能夠互相溶解而形成的均勻相稱為固溶體。第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)不管溶質(zhì)原子處于溶劑原子的間隙中或者代替了溶劑原子都會(huì)使固溶體的晶格發(fā)生畸變，使塑性變形抗力增大，結(jié)果使金屬材料
8、的強(qiáng)度、硬度增高。這種通過(guò)溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，使金屬材料的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象，稱為固溶強(qiáng)化。第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)固溶強(qiáng)化是提高金屬材料力學(xué)性能的重要途徑之一。實(shí)踐表明，適當(dāng)控制固溶體中的溶質(zhì)含量，可以在顯著提高金屬材料的強(qiáng)
