金属金属学及热处理-第一章 材料的结构与性能.ppt

金属学及热处理Metallography Heat Treatment 第一章 金属材料的结构与性能 第一章 内容提纲 §1.1 金属材料的结构与组织 纯金属的晶体结构 三种常见的金属晶体结构、金属晶体中的晶面和晶向、金属晶体的特性、实际金属中的晶体缺陷 合金的晶体结构 金属材料的组织 §1.2 金属材料的性能 金属材料的工艺性能 金属材料的机械性能 金属材料的理化性能 §1.1 金属材料的结构与组织 金属材料的化学成分不同，其性能也不同。但是对于同一种成分的金属材料，通过不同的加工处理工艺，改变材料内部的组成结构，也可以使其性能发生极大的变化。也就是说，除化学成分外，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素，这促使人们致力于金属及合金内部结构的研究，以寻求改善和发展金属材料的途径。 §1.1.1 纯金属的晶体结构 一、金属 1、金属的定义 传统定义：金属是具有良好的导电性、导热性、延展性（塑性）和金属光泽的物质。？ 传统定义的否定依据：金属锑(Sb)并不具有良好的延展性，金属铈(Ce)和镨(Pr)的导电性还不如某些非金属元素（如石墨）。 严格定义：金属是具有正的电阻温度系数的物质。 §1.1.1 纯金属的晶体结构 2、金属的特性 良好的导电和导热性 正的电阻温度系数，绝大多数金属具有超导性能 良好的反射能力，不透明性及金属光泽 良好的塑性变形能力 3、金属元素分类 简单金属元素 过渡族金属元素 §1.1.1 纯金属的晶体结构 §1.1.1 纯金属的晶体结构 二、晶体结构的定性描述 1、晶体及其特征 晶体：内部质点（原子、分子或离子）在三维空间有规则的周期性重复排列的固体。 特征： 自范性:晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外形能力的性质,又称为自限性。 均一性:指晶体在任一部位上都具有相同性质的特征。 各向异性:在晶体的不同方向上具有不同的性质。 对称性:指晶体的物理化学性质能够在不同方向或位置上有规律地出现,也称周期性。 最小内能和最大稳定性 §1.1.1 纯金属的晶体结构 2、晶体结构与空间点阵 晶体结构：晶体中质点（原子、离子或分子）规则排列的方式。 晶格（点阵）：把晶体中质点（的中心用直线连起来构成的空间格架。 结点（阵点）：质点的平衡中心位置 晶胞：能够反应晶格特征的最小组成单元，它在三维空间的重复排列构成晶格，其基本特性反应晶体结构特点。 §1.1.1 纯金属的晶体结构 晶体的周期性：整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的，结点间的距离称为该方向上晶体的周期。同一晶体不同方向的周期不一定相同。 §1.1.1 纯金属的晶体结构 3、晶胞与晶胞参数 晶胞：能够反应晶格特征的最小组成单元 §1.1.1 纯金属的晶体结构 晶胞选取原则 单元应能充分表示出晶体的对称性； 单元的三条相交棱边应尽量相等，或相等的数目尽可能地多； 单元的三棱边的夹角要尽可能地构成直角； 单元的体积应尽可能地小。 §1.1.1 纯金属的晶体结构 4、晶系及点阵类型 晶格特征参数确定之后，晶胞和由它表示的晶格也随之确定，方法是将该晶胞沿三维方向平行堆积即构成晶格。 空间点阵中所有阵点的周围环境都是相同的，或者说，所有阵点都具有等同的晶体学位置。布拉菲（Bravais）依据晶格特征参数之间关系的不同，把所有晶体的空间点阵划归为7类，即7个晶系。按照阵点（结点）在空间排列方式不同，有的只在晶胞的顶点，有的还占据上下底面的面心，各面的面心或晶胞的体心等位置，7个晶系共包括14种点阵，称为布拉菲点阵（Bravais lattice ）。 布拉菲点阵的结构特征（the structural feature of Bravais lattice ） §1.1.1 纯金属的晶体结构 三、三种常见的金属晶体结构 §1.1.1 纯金属的晶体结构 1、体心立方晶格 （Body-Centered Cubic Lattice, B.C.C.) 常见的具有体心立方晶格的金属钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α- 铁(α- Fe， 912℃）等 体心立方晶胞(a)刚球模型;(b)晶胞;(c)晶胞原子数 §1.1.1 纯金属的晶体结构 B.C.C.晶胞特征： 晶胞参数：a＝b＝c，α＝β＝γ＝90o 晶胞原子数：nBCC＝2 （1/8×8＋1＝2） 原子半径：晶胞中相距最近的两个原子之间的距离的一半，或晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半（ra） 配位数：晶格中与任一个原子等距且相距最近的原子数目，表示原子排列的紧密程度，（N）NBCC＝8 §1.1.1 纯金属的晶体结构 致密度（密排系数）：晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，表征原子排列的紧密程度（K）