第3讲： 金属与合金的晶体结构分析.ppt

第二章 金属与合金的晶体结构 第一节 金属的晶体结构 第二节 合金的晶体结构 第三节 金属的实际晶体结构 第四节 纯金属的结晶 第一节金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 1、晶体 凡原子按一定规律排列的固态物质，称为晶体。 (如:金刚石、石墨和一切固态金属及其合金 ) 1）原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。 2）有固定的熔点如铁的熔点1538℃，铜的熔点1083℃。 3）晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性。 2、非晶体及其特性 (如:塑料、玻璃、沥青) 内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体。 与晶体相反，没有固定的熔点；表现出各向同性。晶体与非晶体在一定条件下可互相转化。 原子（离子）的刚球模型 二、晶体结构的基本知识 1、晶格 假设原子为刚性小球，利用假想的几何线条连接起来构成一个空间格架，这种抽象的，用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架就叫晶格。 晶格中的每个点称为结点。晶格中各种不同方位的原子面称为晶面。 2、晶胞 组成晶格的最基本几何单元称为晶胞。实际上整个晶格就是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的 。 3、晶格常数 晶胞的各棱边长为a、b、c和棱边夹角α、β、γ。其中，棱边长度称为晶格常数。。 五、晶体结构致密度 致密度：是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。 1、? 体心立方的致密度 2、面心立方与密排六方的致密度 计算同体心立方，均为0.74。 在晶体中，致密度越大，原子排列就越紧密。所以，当铁在冷却时，由于晶格致密度较大（0.74）的面心立方晶格r-Fe转变为晶格致密度较小（0.68）的体心立方晶格α-Fe，就会发生体积膨胀而引起应力和变形。 具有一定晶格类型金属，在晶体的各个晶面与晶向上原子排列紧密程度是不同的，原子间相互作用也就不同，因而使晶体在不同方向上性能就有差异，这就是金属晶体具有各向异性的原因。 第二节 合金的晶体结构 一、合金的基本概念 合金：两种或两种以上的金属或金属与非金属元素熔合而成，并具有金属特性的物质。 组元：组成合金的最基本的、独立的物质 。例如：元素、稳定化合物。如，Fe-C合金中，Fe、C均为组元。 相：是指合金中成分、结构均相同的组成部分，相与相之间有明显的界面 。 合金中有两类基本相 —— 固溶体 和 化合物 二、合金的相结构 1、固溶体 合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相，称为固溶体。 形成固溶体后，晶格保持不变的组元称溶剂，晶格消失的组元称溶质。固溶体的晶格类型与溶剂组元相同。如，Fe(C)固溶体。 （1）固溶体的分类 1）置换固溶体：若溶质原子代替一部分溶剂原子而占据溶剂中的某些结点位置，称为置换固溶体 。 2）间隙固溶体：溶质原子在溶剂晶格中并不占据晶格结点的位置，而是在结点间的空隙中，这种形式的固溶体称为间隙固溶体。 （2）固溶体的性能 由于溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，变形抗力增大，使金属的强度硬度升高的现象称为固溶强化 。 当溶质的质量分数适当时，固溶体不仅有着较纯金属高的强度和硬度，而且有着好的塑性和韧性。 2、金属化合物 金属化合物是合金组元间发生相互作用而生成的一种新相，其晶格类型和性能不同于其中任一组元，因此性能也不同于组元。 （1）金属化合物的分类 1）正常价化合物 ——这类金属化合物通常由金属元素与周期表中第IV、V、Ⅵ族的元素组成的。例如MgS、MnS、Mg2Si等，其分子式符合原子价规律，并且成分是固定不变的。 2) 电子化合物 ——这类金属化合物是按一定电子浓度组成的具有一定晶格类型的化合物 。 电子浓度C为化合物中的价电子数与原子数之间的比值，即： C电=价电子数/原子数 3) 间隙化合物 ——间隙化合物一般是由原子直径较大的过渡族金属元素（Fe、Cr、Mo、W、V等）与原子直径较小的非金属元素（H、C、N、B等）组成 。 间隙化合物桑中分为两类，一类是具有简单晶格形式的间隙化合物。如VC、WC、TIC等。 另一类是具有复杂结构的间隙化合物，如Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、Fe4W2C等 。 （2）金属化合物的性能 金属化合物的熔点一般较高，具有较高硬度，但脆性较大。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度及耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。因此，金属化合物在合金中作为强化相存在，它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。 第三节金属的实际晶体结构 一、单晶体与多晶体 单晶体：晶体内部的晶格方位完全一致，这晶体称为单晶体。如