金属的晶体结构3133.ppt

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金属的晶体结构3133

1394 °C 912 °C 体心立方 面心立方 体心立方 δ - Fe γ - Fe α - Fe 一、纯铁的同素异构转变 第三节、金属的同素异构转变 纯铁的冷却曲线 1394℃ 1534℃ 1000 600 800 1200 温度 时间 1600 1500 500 700 900 1100 1300 1400 912℃ δ - Fe α - Fe γ - Fe * 第三章 金属的晶体结构与结晶 内容 金属的晶体结构 合金的晶体结构 实际金属的晶体结构 目的 掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺性能的影响,为后续课程的学习做好理论知识的准备 第一节 金属的晶体结构 非晶体中原子(或分子)则是无规则的堆积在一起。(如松香、玻璃、沥青) 晶体 非晶体 固态物质按其原子(或分子)聚集状态可分为体和非晶体两大类。在晶体中,原子(或分子)按一定的几何规律作周期性地排列 。 一、晶体和非晶体 原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列; 具有一定的熔点,如铁的熔点为1538℃,铜的熔点为1083℃ 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; 在一定条件下有规则的几何外形 晶 体 的 特 点 原子在三维空间呈不规则的排列。 没有固定熔点,随着温度的升高将逐渐变软,最终 变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青等。 各个方向上的原子聚集密集大致相同,即具有各向同性。 非 晶 体 的 特 点 晶体不同方向上性能不同的性质叫做晶体的各向异性。 1、为了便于表明晶体内部原子排列的规律,把每个原子看成是固定不动的刚性小球,并用一些几何线条将晶格中各原子的中心连接起来,构成一个空间格架,各原子的中心就处在格架的几个结点上,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,简称晶格。 二、晶体结构的基本概念 2、由于晶体中原子有规则排列且有周期性的特点,为了便于讨论 通常只从晶格中,选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律,这个最小的几何单元称为晶胞 整个晶格就是有许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。 在晶体学中,通常取晶胞角上某一结点作为原点,沿其三条棱边作三个坐标轴X、Y、Z,并称之为晶轴,而且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向,反之为反方向,并以(晶格常数)棱边长度和棱面夹角来表示晶胞的形状和大小 。 体心立方晶格(bcc晶格) ⑴原子排列特征 体心立方晶格的晶胞如图所示。 具有体心立方晶格的金属:α-Fe、β-Ti、Cr、W、Mo、V、Nb等30余种金属。 3、常见金属的晶格类型 具有面心立方晶格的金属:γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、Ag等。 面心立方晶格(fcc晶格) ⑴原子排列特征 面心立方晶格的晶胞如图所示。 具有密排六方晶格的金属:Mg、Cd、Zn、Be、α-Ti等。 密排六方晶格(hcp晶格) ⑴原子排列特征 密排六方晶格的晶胞如图所示。 三、金属的实际晶体结构 晶体的基本概念 金属晶体的缺陷: 点缺陷——晶体空格、间隙原子 线缺陷——位错 面缺陷——晶界、亚晶界 一、单晶体和多晶体 晶格位向完全一致的晶体叫做单晶体。 实际使用的金属材料,由于受结晶条件和其它因素的限制,其内部结构都是由许多尺寸很小,各自结晶方位都不同的小单晶体组合在一起的多晶体构成。这些小晶体就是晶粒,它们之间的交界即为晶界。 由多晶粒构成的晶体称为多晶体。 在一个晶粒内部其结晶方位基本相同,但也存在着许多尺寸更小,位向差更小的小晶粒,它们相互嵌镶成一颗晶粒,这些小晶块称为亚晶粒,亚晶粒之间的界面称为亚晶界。 二、晶体缺陷 实际晶体中存在的晶体缺陷,按缺陷几何特征可分为三种: 点缺陷、线缺陷、面缺陷 1、点缺陷——晶格空位和间隙原子 在实际晶体结构中,晶格的某些结点,往往未被原子所占据,这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的原子,这种不占有正常的晶格位置,而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。 由于空位和间隙原子的存在 ,使晶体发生了晶格畸变,晶体性能发生改变,如强度、硬度和电阻 增加。晶体中空位和间隙原子处于不断地运动和变化之中,在一定温度下,晶体内存在一定平衡 浓度的空位和间隙原子,空位和间隙原子的运动,是金属中原子扩散的主要方式,对金属材料的 热处理过程极为重要。 2、线缺陷——位错 晶体中,某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象,称为位错。其特征是在一个方向上的尺寸很长,而另两个方向的尺寸很短。晶体中位错的数量通常用位错密度表示,位错密度是指单位体积内,位错线

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