第二章 1金属金体结构.pptVIP

材料按照原子（离子或分子）在三维空间排列方式的不同，可分为晶体与非晶体两大类。 　　常用固态金属基本上都属于晶体，大部分非金属如氯化钠、天然金刚石、水晶等属晶体；而常用的石蜡、松香、塑料、玻璃、橡胶等属非晶体。 纯金属是指仅由一种金属元素组成的金属。汽车中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。 （一）纯金属的晶体结构 晶体中原子（离子或分子）的空间排列方式称为晶体结构。为了便于描述晶体结构，通常将每一个原子抽象为一个点，再把这些点用假想的直线连接起来，构成空间格架，称为晶格 。 晶格：表示晶体中原子排列形式的空间格子。　　晶胞：组成晶格的最小的几何单元称为晶胞。 晶格参数： 晶胞的棱边长度a、b、c和棱边夹角α、β、γ（轴间夹角）。　　晶格常数： 晶胞中各棱边的长度，以埃(A)为单位，1A=10-8cm。通常数值在2.5～5.0A之间。简单立方晶格 a=b=c , α=β=γ  　 各种金属元素的主要差别就在于晶格类型和晶格参数的不同。 1.常见晶格类型 　　1)体心立方晶格　　原子分布在立方体的各结点和中心处，其特点是金属原子占据着立方体的八个顶角和中心，如下图所示, 属于这一类的金属有铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)和α-Fe(温度小于912℃纯铁)。这类金属有相当大的强度和较好的塑性。 2)面心立方晶格　　原子分布在立方体的各结点和各面的中心处。金属原子除占据立方体的八个顶角外，立方体的六个面的中心也各有一个金属原子。如下图所示 。属于这种晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和γ-Fe等（温度在1394℃～912℃纯铁)。　　 3)密排六方晶格?　　原子分布在六方柱体的各个结点和上下底面中心处各有一个原子，还有上下两个六方面的中间有三个原子。属于这种晶格的金属有铍(Be)、镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)等。 2.实际的金属晶体结构  在理想状态下，金属的晶体结构是原子排列的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称为单晶体。单晶体必须专门人工制作，如生产半导体元件的单晶硅、单晶锗等。 单晶体在不同方向上具有不同性能的现象称为各向异性 晶界：晶粒之间的接触面。由于晶界上原子的排列是不同位向的晶粒的过渡状态，因而晶界上原子排列较不规则。实验证明，每一个晶粒内的晶格位向也并非完全一致，但这些位向相差很小，形成亚晶界。 　　在实际晶体中，由于某种原因，原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子排列的不完全性称为晶体缺陷。 (1)点缺陷 　　 晶体中的原子总是在某一位置上作热振动。温度升高时，动能特别高的原子就要脱离周围原子的束缚，可能进入别的晶格间隙处成为“间隙原子”或跑到金属表面上去。而原来的位置成为没有原子的“空位”。 空位和间隙原子的出现，使它们失去平衡而造成晶格畸变(歪扭)。??点缺陷将会使金属材料产生物理、化学和力学性能上的变化，如使材料的密度发生变化，电阻率增大，强度、硬度提高等。 (2)线缺陷 线缺陷是晶体中呈线状分布的缺陷，其具体形式是各种类型的位错，晶体中有一列或若干列原子发生有规则的错排现象，这就是位错。刃型位错是最常见的一种。位错造成的晶格的线状畸变，极大地影响着金属材料的力学性能，对于金属材料的塑性变形、强度、疲劳、腐蚀等性能均有重要的影响。 3、面缺陷　　面缺陷是指晶体中有一维空间方向上尺寸很小，另外两维方向上尺寸较大的缺陷。　　这类缺陷主要是指晶界和亚晶界。 晶界和亚晶界处区域内的原子排列不整齐，偏离其平衡位置，产生晶格畸变。 面缺陷对金属的塑性变形起着阻碍的作用，强度、硬度较晶粒高。因此金属内部的晶粒越细小，晶界就越多，强度和硬度就越高。 1．纯金属的结晶过程 纯金属的结晶过程基本是在恒定的温度下进行的，其结晶过程的冷却曲线如图所示。　　 　 T0为纯金属的凝（熔）点，又称为理论结晶温度。当液态金属缓慢冷却到T0时，纯金属开始发生结晶。在实际生产中，液态金属的冷却速度速度相对较快，其实际开始结晶的温度Tn略低于T0。液态金属在冷却到理论结晶温度T0以下还未结晶的现象，称为过冷现象。理论结晶温度 T0与开始结晶温度Tn之差叫做过冷度，用△T表示，即△T= Tn– T0，过冷度△T与冷却速度是密切相关的，冷却速度越大，△T越大，冷却速度越小，△T越小。　　　 液态金属的结晶过程分为两个阶段，即晶核形成与核长大的过程。当液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为核心不断以树枝状方式长大。在这些晶核长大的同时，又出现新的晶核并逐渐长大