(金属材料与热处理)模块二金属的晶体结构.ppt

金属材料与热处理（第二版） 2015年１月出版 Heat Treatment 大连理工大学出版社 主编：王书田 “十二五”职业教育国家规划教材 高职高专焊接技术及自动化类课程规划教材 模块二 金属的晶体结构 一提到晶体，很多人会想到具有漂亮的外观、规则的平面的矿物、绮丽的雪花。 晶体 雪花 盐 冰糖 宝石 问题提出 日常生活中，我们常常能够看到有规则外形的固体，冬天在寒冷的玻璃窗上面结成的冰花、奇妙的雪花；吃的食盐和冰糖；各种各样的宝石、玉石、水晶等等，它们都是晶体，这些都是大家熟悉的东西，但是谁会想到炒菜的铁锅或者是金属窗户以及路上跑的汽车金属外壳等等也是晶体呢？尽管想不到，但是它们确实是晶体。 晶体的基本概念 物质是由原子、原子团、分子和分子团这些物质微粒构成的。根据物质微粒在三维空间排列方式的不同，物质可分为晶体和非晶体两类。自然界的绝大多数物质在固态下都为晶体，只有少数为非晶体。 晶体是指组成物质的微粒在三维空间做有规则、周期性排列形成的物体。金属和合金在固态下通常都是晶体。 非晶体是指组成物质的微粒在三维空间做无规则、随机性排列形成的物体。 晶体的基本概念 晶体与非晶体的本质区别只是物质微粒的排列方式不同，不涉及物质的化学成分和物质状态，因此，同样成分的物质可以有晶体和非晶体两种状态。此外，如果物质的微粒在三维空间做有规则、周期性排列形成的是液体状态，那么这个就是所谓的液晶。 特点：晶体具有规则的几何形状，有一定的熔点，具有各向异性；非晶体则没有规则的几何形状，没有固定的熔点，具有各向同性。 晶体的基本概念 晶格：由于金属大都是以原子状态存在为了便于反映物质在固态下的晶体结构，可以把晶体中的原子近似地看作一个直径一定的刚性小球，这样就可以把晶体结构看成是由刚性小球按一定的几何形状有规律排列而成的。 为了更清楚地表示晶体中原子的排列规律，可以将原子简化为一个质点，并且用假想的线条将各个原子的中心连接起来，这样就形成了一个能够抽象的、用于反映原子排列规律的空间格架，称为晶格， 晶体中原子堆积模型 晶格抽象模型示意图 晶体的基本概念 晶胞：晶体中原子的排列具有周期性特点，可以从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的排列规律，这个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元称为晶胞，如图所示。 金属晶体可以看作是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在三维空间重复堆积而成的。 晶胞示意图 晶体的基本概念 晶格常数：晶胞的大小和形状通常用晶胞的棱边长度a、b、c及棱边夹角α、β、γ来表示，晶胞的棱边长度称为晶格常数。 晶体的基本概念 晶面：在晶格中，通过原子中心所构成的不同方位上的原子面称为晶面， 晶面指数：晶面可以用称为密勒指数的一些参数来表示。表示晶面的参数称为晶面指数。 立体晶格中某些常用的晶面及晶面指数 晶体的基本概念 晶面指数标定方法： ①设坐标。在晶格中，沿晶胞的互相垂直的三条棱边设参考坐标轴 X、Y、Z，坐标原点O应位于待定晶面之外，以免出现零截距。 ②求截距。以晶胞的棱边长度（晶格常数）为度量单位，确定待定晶面在各坐标轴上的截距。如图中待定晶面在 X、Y、Z轴上的截距分别为1、2、∞。 ③取倒数。上述截距的倒数分别为1/1、1/2、1/∞。 ④化整数。将上述三个倒数化为最小的简单整数，上述三个倒数的最小简单整数为2、1、0。 ⑤列括号。将所得各整数依次列入圆括号（ ）内，便得晶面指数。因此（210）即为图中待定晶面的晶面指数。 晶面指数的一般表示形式为（ hkl）。如果所求晶面在坐标轴上的截距为负值，则在相应的指数上加一横线。 晶面与晶面指数示意图 晶体的基本概念 晶向：通过原子中心所构成的不同方向上的原子列称为晶向。 晶向指数：晶向也可以用称为密勒指数的一些参数来表示。表示晶向的参数称为晶向指数。 立体晶格中某些常用的晶向及晶向指数 晶体的基本概念 晶向指数的标定方法: ①设坐标 在晶格中设坐标轴 X、Y、Z，坐标原点O应位于待定晶向的直线上。 ②求坐标值 以晶胞的晶格常数为度量单位，在待定的晶向直线上任选一点，并求出该点在 X、Y、Z轴上的坐标值。 ③化整数 将上述三个坐标值按比例化成最小的简单整数。 ④列括号 将上述所得的各整数依次列入方括号［］内，便得晶向指数。晶向指数通常以［ uvw］表示。如果坐标值为负，则在相应的指数上加一横线。 晶体的基本概念 各向异性：晶体中不同晶面和晶向上原子排列的紧密程度不同，原子间的结合力大小也就不同，从而在不同的晶面和晶向上显示出不同的性能，这就是晶体的各向异性各向异性。晶体的这种特性在力学性能、物理性能和化学性能上都能体现出来，并且