《8 第五篇 机械工程材料与热处理技术》.pdf

第五篇 机械工程材料与热处理技术 第一章 金属的晶体结构与力学性能 第一章 金属的晶体结构与力学性能 第一节 金属的晶体结构 一、纯金属的晶体结构 （一）晶体结构的基本知识 ! 晶体与非晶体 晶体内部的原子按一定几何形状作有规则地重复排列（图# $ ! $ !% ），如金刚石、 石墨及固态金属与合金。而非晶体内部的原子无规律地堆积在一起，如沥青、玻璃、 松香等。晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非晶体没有固定熔点，且各向同 性。 图# $ ! $ ! 简单立方晶格与晶胞示意图 晶格与晶胞 ·)(’ · 第五篇 机械工程材料与热处理技术 为便于分析晶体中原子排列规律，可将原子近似地看成一个点，并用假想的线条 （直线）将各原子中心连接起来，便形成一个空间格子（图! # #$ ）。这种抽象的、用 于描述原子在晶体中规则排列方式的空间几何图形，称为晶格。晶格中直线的交点 称为结点。 晶格是由一些最基本的几何单元周期重复排列而成的，这种最基本的几何单元 称为晶胞（图! # #%）。分析晶胞即可从中找出晶体特征及原子排列规律。晶胞大 小和形状可用晶胞的三条棱边长 、、（单位为 ， ( ）和棱边夹角 、、 ! # $ #$ #’ %) ! # 来描述，其中 、、称为晶格常数。 ! # 各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，故呈现出不同的物理、化学及力学性 能。 （二）常见的晶格类型 #* 体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞为一立方体，立方体的八个顶角各排列着一个原子，立方体 中心有一个原子，如图! # + 。其晶格常数 ! # 。属于这种晶格类型的金属有 铁、铬（ ）、钨（ ）、钼（ ）、钒（）等。 ! ,- . /0 1 图! # + 体心立方晶胞示意图 + * 面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排 列着一个原子，如图 。属于这种晶格类型的金属有 铁、铝（ ）、铜（ ）、镍 ! # 2 # 34 ,5 （ ）、金（ ）、银（ ）等。 67 35 38 图! # 2 面心立方晶胞示意图 ·;:9 · 第一章 金属的晶体结构与力学性能 ! 密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，柱体的十二个顶角和上、下面中心各排列 着一个原子，在上、下面之间还有三个原子，如图# $ % $ 。属于这种晶格类型的金属 有镁（ ）、锌（ ）、铍（ ）、 等。 ’( )* +, $ -. ! 图# $ % $ 密排六方晶胞示意图 晶格类型不同，原子排列的致密度（晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值）也 不同。体心立方晶格的致密度为/01 ，而面心立方晶格和密排六方晶格的致密度均 为2 1 。晶格类型发生变化，将引起金属体积和性能的变化。 二、纯金属的实际晶体结构 （一）多晶体结构 晶体内部晶格位向（即原子排列方向）完全一致的晶体称为单晶体，单晶体具有 各向异性的特征。实际使用的金属材料，即使体积很小，其内部仍包含许多小晶体。 由于这些晶格位向基本相同的小晶体外形不规则，且呈颗粒状