工程材料与成形技术基础第2版教学课件ppt作者庞国星第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2第一节金属的晶体结构课件.ppt

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工程材料与成形技术基础第2版教学课件ppt作者庞国星第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2第一节金属的晶体结构课件.ppt

第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图 第一节纯 金属的晶体 结构 金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的,称为金属键。 金属原子趋向于紧密排列。 金属具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。 一、晶体学的基本知识 1、晶体与非晶体 晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 2、晶格与晶胞 晶格:用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点(即原子中心)称结点。由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。 晶胞:能代表晶格原子排列规律的最小几何单元. 晶格常数:晶胞各边的 尺寸 a、b、c。各棱间 的夹角用?、?、?表示。 3、晶系: 根据晶胞参数不同,将晶体分为七种晶系。 90%以上的金属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? 4、原子半径:晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。 5、晶胞原子数:一个晶胞内所包含的原子数目。 二、常见金属的晶格类型 体心立方晶格(BCC) 面心立方晶格(FCC) 密排六方晶格(HCP) 三、立方晶系晶面、晶向表示方法 晶体中各方位上的原子面称晶面 各方向上的原子列称晶向 1、晶面指数 表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为: ⑴ 确定原点,建立坐标系,求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。 ⑵ 取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数,加圆括弧,形式为(hkl)。 例一、求截距为1,?,?晶面的指数。 截距值取倒数为1,0,0,加圆括弧得(100) 例二、求截距为1,2,3晶面的指数。 取倒数为1,1/2,1/3,化为最小整数加圆括弧得(632) 例三、画出(221)晶面。 2、晶向指数 表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为: ⑴ 确定原点,建立坐标系,过原点作所求晶向的平行线。 ⑵ 求直线上任一点的坐标值 并按比例化为最小整数,加 方括弧。形式为[uvw]。 例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1,1.5,2,求该直线的晶向指数。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得[234]。 例二、已知晶向指数为[110],画出该晶向。 找出1,1,0坐标点,连接原点与该点的直 线即所求晶向。 那些指数虽然不同,但原子排列完全相同的晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别用{hkl}和uvw表示。 立方晶系常见的晶面为: {110} 立方晶系常见的晶向为: 111 说明: ① 在立方晶系中,指数相同的晶面与晶向相互垂直。 ② 遇到负指数,“-”号放在该指数的上方。 面心立方晶格与密排六方晶格密排面的堆垛顺序 密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB… 面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC… 四、实际金属的晶体结构 1、多晶体 单晶体:其内部晶格方位完 全一致的晶体。 多晶体: 晶粒:实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成,这些小晶体称为晶粒。 变形金属晶粒尺寸约1~100?m,铸造金属可达几mm。 晶界:晶粒之间的交界面。 晶粒越细小,晶界面积越大。 多晶体:由多晶粒组成的晶体结构。 2、晶体缺陷 晶格的不完整部位称晶体缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷,按形状可分三类: ⑴ 点缺陷 ① 空位:晶格中某些缺排原子的空结点。 ② 间隙原子:挤进晶格间隙中的原子称间隙原子。 间隙原子可以是基体金属原子,也可以是外来原子。 ③ 置换原子: 取代原来原子位置的外来原子称置换原子。 点缺陷破坏了原子的平衡状态,使晶格发生扭曲,称晶 ⑵ 线缺陷—晶体中的位错 位错:晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移,滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。有刃型位错和螺型位错两种类型。 刃型位错:当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面,该晶面象刀刃一样切入晶体,这个多余原子面的边缘就是刃型位错。 半原子面在滑移面以上的称正位错,用“?”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错,用“?”表示。 位错密度:单位体积内所 包含的位错线总长度。 ? = S/V (cm/cm3或1/cm2) 金属中的位错密度为104~1012 /cm2 。 位错对性能的影响:金属的塑性变形主要由位错运动引起,因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。从? - ? 关系可以看出,减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。 电子显微镜下的位错 ⑶ 面缺陷—晶界与亚晶界 晶界是不同位向晶粒的过度部位,宽度为5~10个原子间距,

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