材料的结构与性能.ppt

b. 具有复杂结构的间隙化合物 当r非/r金0.59时形成复杂结构间隙化合物。 如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C称渗碳体，是钢中重要组成相，具有复杂斜方晶格。 化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物为基的固溶体。 Fe3C的晶格 高温合金中的Cr23C6 1．常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？α—Fe、γ—Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？ 2．已知γ—Fe的晶格常数（a＝3.63A）要大于α—Fe的晶格常数（a＝2.89A ），但为什么γ—Fe冷却到912℃转变为α—Fe时，体积反而增大？ 习 题 * * * * * * * * * * * 三种常见晶格的密排面和密排方向 六方底面 底面对角线 密排六方晶格 面心立方晶格 体心立方晶格 体心立方(110)面 面心立方(111)面 密排六方底面 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… 面心立方晶格的原子堆垛 2、实际金属的晶体结构 变形金属晶粒尺寸约1~100?m，铸造金属可达几mm。 纯铁组织 晶粒示意图 ⑴ 单晶体与多晶体 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。 沿晶断口 铅锭宏观组织 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。 光学金相显示的纯铁晶界 多晶体示意图 ⑵ 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，即点、线、面缺陷。 ① 点缺陷 空间三维尺寸都很小的缺陷。 空位 间隙原子 置换原子 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。 体心立方的四面体和八面体间隙 c. 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 空位 间隙原子 大置换原子 小置换原子 格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 空位和间隙原子引起的晶格畸变 ② 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 刃型位错 螺型位错 滑移区的交界线称作位错。分为刃型位错和螺型位错。 刃型位错和螺型位错 刃位错的形成 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，（要使变形继续进行，必须增加外力）因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。 金属晶须 退火态 (105-108/cm2) 加工硬化态 (1011-1012/cm2) ? ? 电子显微镜下的位错 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） 电子显微镜下的位错观察 ③ 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，位向差一般为20~40°。 亚晶粒 大角度和小角度晶界 位错壁 亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10’ ~2 ?)的小晶块。 亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。 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 显微组织的显示 实际金属中的缺陷对材料力学性能的影响如下： 点缺陷的存在，提高了材料的硬度和强度，降低了材料的塑性和韧性，增加位错密度可提高金属强度，但塑性随之降低 面缺陷能提高金属材料的强度和塑性 细化晶粒是改善金属力学性能的有效手段 1.2、合金的晶体结构 合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。 组成合金的元素可以是全部是金属，也可是金属与非金属。 组成合金的元素相互作用可形成不同的相。 Al-Cu两相合金 黄铜 所谓相是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。（液相和固相） 显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数量、大小和分布的组