工程材料第3章 金属的结构与固溶强化.ppt

第3章 金属的结构与固溶强化 3.1 纯金属的结构 3.2 纯金属的实际结构 3.3 合金的结构 §3.1 纯金属的结构 1. 晶体与非晶体 晶体：原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体：原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 2. 晶格与晶胞 ⑴ 晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（原子中心）称结点。由结点形成的空间点的阵列称空间点阵. 3. 三种典型的金属晶体结构 根据晶胞参数不同，将空间点阵分为14种类型，归属于七种晶系 原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。 （1）体心立方晶格 体心立方晶格晶胞中原子数 体心立方原子配位数和致密度 （2）面心立方结构 面心立方晶格晶胞原子数 面心立方原子配位数与致密度 （3）密排六方晶格 密排六方晶格晶胞原子数 密排六方晶格原子配位数和致密度 §3.1 纯金属的结构 1. 晶体与非晶体 3. 三种典型的金属晶体结构 4. 立方晶系的晶面和晶向表示方法 晶面：晶体中各方位上的原子面。 晶向：晶体中各方向上的原子列。 ⑴晶面指数 表示晶面的符号称晶面指数。 其确定步骤为： 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（221）晶面 取三指数的倒数1/2, 1/2, 1，即为X、Y、Z三坐标轴上的截距 立方晶系常见的晶面为： (hkl) 表示的是一组平行的晶面。 原子排列完全相同，只是空间位向不同的各组晶面成为晶面族，用{hkl} 表示。 {110} 晶向指数的确定 ⑵ 晶向指数 表示晶向的符号称晶向指数。其确定步骤为： 例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1、1.5、2， 求该直线的晶向指数。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得[234]。 立方晶系常见的晶向族为： [uvw]表示的是一组平行的晶向。。 晶向族：指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向。用uvw表示。 111 说明： 在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。 §3.2 纯金属的实际晶体结构 一、单晶体与多晶体的基本概念 1. 单晶体：晶体内部晶格位向（即原子排列方向）完全一致的晶体。 2. 多晶体 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。 晶界：多晶体材料中相邻晶粒的界面称为晶界。 晶粒越细小，晶界面积越大。 二、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：晶格中某些缺排原子的空结点。 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。 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，称晶格畸变。 晶面指数确定步骤： ① 以任一原子为原点（原点不能通过待确定晶面），以过原点的三条棱边为坐标轴，以晶格常数为测量单位，建立坐标系。 ②求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。 ③取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为（hkl）。遇到负指数，“-”号放在该指数的上方。 晶向指数确定步骤： ① 确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。 ② 求该平行线上任一点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括弧。形式为[uvw]。 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。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 ② 线缺陷—晶体中的位错 电子显微镜下的位错 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。 螺型位错 位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。 ? = L/V(cm/cm3或1/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，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。 ③ 面缺陷—晶界与亚晶界 晶界是不同位向晶粒的过渡部位，原子排列不规则。宽度为5~10个原子间距，位向差一般为20~40°。 晶界的特点： ① 原子排列不规则。 ② 熔点低。 ③ 耐蚀性差。 ④