第三章材料的结构与结晶解读.ppt

第三章 材料的结构与结晶 第一节 金属的晶体结构 一、晶体结构的基本概念 1、晶体——原子（分子、离子、原子团）具有规则排列的物质。 晶体的特点： ⑴ 有规则的外形 ⑵ 具有一定的熔点 ⑶ 内部原子有规律的周期性排列 ⑷ 具有各向异性（见课本P28） 2、晶格——晶体的基本粒子抽象成几何点，它们在空间的排布形成空间点阵，用假想的线把这些空间点阵连接起来形成的格架。 第一节 金属的晶体结构 第一节 金属的晶体结构 3、晶格常数 晶胞大小和形状参数： 晶格常数：a、b、c 夹 角：α、β、γ 简单立方晶胞a=b=c，α=β=γ=90° 第一节 金属的晶体结构 第一节 金属的晶体结构 5、致密度和配位数 ——评定晶体中原子排列的紧密程度 二、典型的金属晶体结构（重点） 三、晶向指数和晶面指数（重点） 例一 求截距为?、1、?晶面的指数 截距值取倒数为0、1、0，加圆括弧得（010） 例二 求截距为2、3、?晶面的指数 取倒数为1/2、1/3、0，化为最小整数加圆括弧得（320） 例三 画出（112）晶面 注：⑴晶向与晶面指数中若为负数，负号加在数字顶部，如 、 ⑵晶向指数代表所有平行晶向，晶面指数代表一组平行的面 ⑶在立方晶格中，指数相同的 晶向与晶面必然垂直，如 [110]和(110) ⑷如果一个晶向平行于某个晶 面，则hu+kv+lw=0,如[001] 和(110) {110} 111 一、多晶体结构 二、晶体缺陷（难点） a. 空位：晶格中某些缺排原子的空结点。 b. 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，也可以是外来原子。 c. 置换原子：取代原来原子位置的外来原子。 电子显微镜下的位错 晶界的特点： ① 原子排列不规则 ② 熔点低 ③ 耐蚀性差 ④ 易产生内吸附，外来原子易在晶界偏聚 ⑤ 阻碍位错运动，是强化部位，因而实际使用的金属力求获得细晶粒。 ⑥ 是相变的优先形核部位 三、金属中的扩散 一、结晶的概念 二、金属的结晶过程——形核与长大 晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。 形核有两种方式： 由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。 以液体中存在的固态杂质为核心，或依附现成界面的形核称非均匀形核。非均匀形核更为普遍。 长大方式：均匀长大和树枝状长大（枝晶长大） 三、铸锭组织与缺陷 ⑴ 缩孔：由于液态金属结晶时体积收缩且补缩不足造成的。可通过改变结晶时的冷却条件和加冒口等来进行控制。 ⑵ 偏析：合金中各部分化学成分不均匀的现象 铸锭在结晶时,由于各部位结晶先后顺序不同，合金中的低熔点元素偏聚于最终结晶区，造成宏观上的成分不均匀，称宏观偏析。适当控制浇注温度和结晶速度可减轻宏观偏析。 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 小置换原子 大置换原子 点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。会使金属强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 2、线缺陷——晶格中的位错 位错：晶体中某一列或若干列原子发生有规律的错排现象。分为刃型位错和螺型位错。 刃型位错 螺型位错 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 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。 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 透射电镜下钛合金中的位错线(黑线) 高分辨率电镜下的刃位错（白点为原子） 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 3、面缺陷 ——晶界与亚晶界 晶界：不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个原子间距，位向差一般为20~40° 亚晶界：尺寸很小，位向差也很小（2~10°）的小晶块之间的交界面。亚晶界也可看作位错壁。 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 扩散是一种由热运动引起的物质传输过程。金属中许多现象，如结晶、氧化、烧结、合金化等，都与扩散相关。 纯金属：原子迁移→浓度不变化→自扩散 含杂质的金属：原子迁移→浓度变化→异扩散 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 1.扩散机制 间隙机制 间隙固溶体中，小尺寸的间隙原子（C、N、O、H）可以通过晶格间隙跃迁到相邻的间隙位置（图中的1为间隙原子的原始位置，2为跳动后的位置），但是必须克服势垒。 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 换位机制 第二节 金属的实际结构和晶体缺陷 2.扩散定律 菲克(Fick)第