职业院校工程材料（主编陈积伟）教案：第1章 金属的结构与结晶.doc

第一章 金属的结构与结晶 【重点内容】1.有关金属结构的基本概念；常见的金属晶格实际晶体陷 金属结晶过程规律及其影响因素；金属结晶过程、规律及其影响因素来表示（1=10-8cm） 若a=b=c，α=β=γ=90°这种晶胞就称为简单立方晶胞。具有简单立方晶胞的晶格叫做简单立方晶格。 晶体 晶格 晶胞 晶面 晶向 图1-1 晶体规则排列示意图 【常见金属的晶体结构类型】 研究表明，在金属元素中，约有百分之九十以上的金属晶体都属于如下三种密排的晶体结构类型。 （一）体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子。其晶格常数a=b=c，通常只用a表示，见图（1-2），可见，这种晶胞在其立方体的对角线方向上原子是紧密接触排列着的。故其对角线长度a方向上所分布的原子数目为2，这样可计算出其原子半径r=。在这种晶胞中，因每个顶点上的原子是同时属于周围八个晶胞所共有，故实际上每个体心立方晶胞中仅含有：个原子。 晶格的致密度：是指其晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。用“K”表示 体心立方晶格的致密度K= 即晶格中有68%的体积被原子占有，其余为空隙。 属于这种体心立方晶格的金属有Fe（＜912℃，α－Fe＝）、Cr、Mo、W、V等。 图1-2 体心立方晶格 （二）面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面上还各有一个原子。在这种晶胞中，是在每个面的对角线上各原子彼此相互接触，因而其原子半径，又因每一面心位置上的原子是同时属于两个晶胞所共有的，故面心立方晶格的晶胞中包含有：个原子。 其致密度K= 即有74%的体积被原子占有，其余的为空隙。 属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等 图1-3 面心立方晶格 （三）密排六方晶格 由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。其晶格常数a＝b≠c，c/a=1.633 密排六方晶格的晶胞中所含的原子数：个原子。致密度K=0.74。 属于这种晶格的金属有铍（Be）、Mg、Zn、 镉（Cd）等。 除以上三种晶格以外，少数金属还具有其它类型的晶格，但一般很少遇到。 图1-4 密排六方晶格 【晶面及晶向指数】 　　　　在研究金属晶体结构的细节及其性能时，往往需要分析它们的各种晶面和晶向中原子分布的特点，这样有必要给各种晶面和晶向定出一定的符号，以表示出它们在晶体中的方向，从而便于分析，晶面和晶向的这种符号分别叫“晶面指数”和“晶向指数”。 晶面指数与晶向指数是如何确定？ （一）晶面指数的确定 　　 ⑴如图1-5 设晶格中，某一原子为原点，通过该点平行于晶胞的三棱边作OX、OY、OZ三坐标轴，以晶格常数a、b、c分别作为相应的三个坐标轴上的度量单位，求出所需确定的晶面在三坐标轴上的截距。 　　⑵ 将所得三截距之值变为倒数。 图1-5 晶面指数的确定　　　 ⑶ 再将这三个倒数按比例化为最小整数并加上一圆括号，即为晶面指数。一般形式：表示。1．PBEQ面：在三坐标轴上的截距分别是1/2，1，∞；截距倒数分别 是2，1，0；化为最小整数后的晶面指数（210）。 2．AGE面： 截距1，1，1； 倒数1，1，1 ，晶面指数（111） 3．DBEG面：截距1，1，∞； 倒数 1，1，0，晶面指数（110） 4．DCFG面：截距1，∞，∞；倒数1，0，0， 晶面指数（100） 　 值得注意：晶面指数，并非仅指一晶格中的某一个晶面，而是泛指该 晶格中所有那些与其相平行的位向相同的晶面。此外，在一种晶格 中，如果同一晶面，虽然它们的位向不同，但原子排列相同。如（100）、（010）等，这时若不必要予以区别时可把这些晶面统用{100}表示。 即：这符号系指某一确定位向的晶面指数，而则可指所有那些位向不同而原排列相同的晶面指数。 （二） 晶向指数的确定 　 ⑴ 通过坐标原点引一直线，使其平行于所求的晶向；。 　 ⑵ 求出该直线上任意一点的三个坐标值； 　⑶ 将三个坐标值按比例化为最