[物理]3实际金属晶体缺陷与合金晶体结构.ppt

第五节 实际金属的晶体结构与晶体缺陷 一.单晶体与多晶体的基本概念 1.单晶体( single crystal )的特征 * 晶体由一个晶格排列方位完全一致 的晶粒组成。 * 晶体具有各向异性( aeolotropy )。 例如:单晶硅、单晶锗等。 单晶体结构示意图 2.多晶体( polycrystal )的特征 *晶体是由许多颗晶格排列方位不 相同的晶粒组成。 *晶体具有各向同性( isotropy )。 例如: 常用的金属等。 多晶体结构示意图 二. 晶体缺陷( crystal defect ) 点缺陷( point defect ) 空位( vacancy ) 间隙原子( gap atom ) 异类原子(foreign atom ) 点缺陷示意图 晶界与亚晶界结构示意图 晶界与亚晶界结构示意图 晶界与亚晶界结构示意图 Cu-Ni 合金中的亚结构 相：在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分。 液态物质为液相。 固态物质为固相。 固态合金中有两类基本相： 固溶体 金属化合物 一、固溶体 固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相。 溶剂 与固溶体晶格相同的组元 溶质 其他另一组元（含量较少） 固溶体用α、β、γ等符号表示。 A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为溶质。 例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示, 亦可表示为Cu(Zn)。 1. 固溶体的分类 　 （1）按溶质原子在溶剂晶格中的位置分?? ●置换固溶体:溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子;? ●间隙固溶体：溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。 置换固溶体 间隙固溶体 （2）按溶质原子在溶剂中的溶解度分?? 有限固溶体、无限固溶体两种。 固溶体中溶质的含量即为固溶体的浓度，用质量分数或摩尔分数表示。 在一定温度和压力条件下，溶质在固溶体中的极限浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。 ●有限固溶体 超过溶解度有其它相形成。 ●无限固溶体 溶质可以任意比例溶入，即溶质溶解度可达100%。 （3）按溶质原子在固溶体中分布有否规律分 ●无序固溶体：溶质原子无规则分布 ●有序固溶体：溶质原子规则分布 无序固溶体 有序固溶体 有序化转变：在一定条件下，一些合金的无序固溶体可转变为有序固溶体。 2.固溶体的性能 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。 晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。 通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。 固溶强化是金属强化的一种重要形式。 在溶质含量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。 如： ●纯铜的σb为220 MPa, 硬度为40 HB, 断面收缩率ψ为70%。 ●当加入1%的镍形成单相固溶体后, 强度升高到390 MPa, 硬度升高到70 HB, 而断面收缩率仍有50%。 固溶体综合机械性能很好, 常作为结构合金的基体相。 固溶体与纯金属相比, 物理性能有较大的变化, 如电阻率上升, 导电率下降, 磁矫顽力增大。 二、金属化合物??? 合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相即为金属化合物, 或称中间相。 ? 金属化合物一般熔点较高, 硬度高, 脆性大。 ??? 合金中含有金属化合物时, 强度、硬度和耐磨性提高, 而塑性和韧性降低。 * * 点缺陷 线缺陷 面缺陷 1.点缺陷? 在三维尺度上都很小的的缺陷。 （1）空位 晶格中某结点上没有原子。有利于金属内部原子的扩散。 （2）间隙原子 位于晶格间隙之中的原子叫间隙原子。 （3）异类原子 纯金属中存在的其它元素。 ●异类原子与金属原子的半径接近时, 占据晶格的一些结点;? 异类原子 提示：点缺陷造成局部晶格畸变, 使金属的屈服强度、电阻率增加, 密度发生变化。 ●异类原子的半径比金属原子的半径小得多, 位于晶格的空隙中。 间隙原子 晶格空位 置换原子 2.线缺陷 指两维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷，叫位错。由晶体中原子平面的错动引起。 （1）刃型位错 晶体的一部分出现一个多