第02章___材料结构 (NXPowerLite).ppt

第二章 金属材料的基础知识 第一节 金属的晶体结构 物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。 原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构。 一、晶体结构的基本概念 1、晶体与非晶体 晶体是指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。 非晶体是指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。 晶体的通性和分类 1）晶体有整齐、规则的几何外形。 （2）晶体具有各向异性。一种性质在晶体的不同方向上它的大小有差异，这叫做各向异性。晶体的力学性质、光学性质、热和电的传导性质都表现出各向异性。例如，石墨晶体在平行于石墨层方向上比垂直于石墨层方向上导电率大一万倍；云母片沿某一平面的方向容易撕成薄片等。这是由于在晶体内不同方向上微粒排列的周期长短不同，而微粒间距离的长短又直接影响它们相互作用力的大小和性质。非晶体由于微粒的排列是混乱的，表现为各向同性。 （3）在一定压力下，晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，只有一段软化温度范围。这是由于晶体的每一个晶胞都是等同的，都在同一温度下被微粒的热运动所瓦解。在非晶体中，微粒间的作用力有的大有的小，极不均一，所以没有固定的熔点。 晶体分类 单晶体和多晶体 1.单晶体：原子从一个核心按同一方向进行排列生长而成的晶体。天然晶体：金刚石、水晶 2. 多晶体：由许多不同方位的小晶体组成。 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。 ⑵ 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。 ⑷ 晶系： 根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。 90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。 立方晶系：a=b=c，?=?=?=90? 六方晶系：a1=a2=a3? c，?=?=90?，?=120? ⑸ 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。 3、立方晶系晶面、晶向表示方法 晶体中各方位上的原子面称晶面。 各方向上的原子列称晶向。 ⑴晶面指数 表示晶面的符号称晶面指数。 其确定步骤为： ① 确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。 ② 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）。 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（112）晶面 取三指数的倒数1、1、1/2, 化成最小整数为2、2、1，即为X、Y、Z三坐标轴上的截距 ⑵ 晶向指数 表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为： ① 确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。 ② 求直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]。 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]。 ⑶ 晶面族与晶向族 (hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别用{hkl}和uvw表示。 例如{112}、{123} 立方晶系常见的晶面为： {110} 立方晶系常见的晶面 立方晶系常见的晶向为： 立方晶系常见的晶向 111 说明： ① 在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。 ② 遇到负指数，“-”号放在该指数的上方。 二、金属的晶体结构 1、纯金属的晶体结构 金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的，称为金属键。 金属原子趋向于紧密排列。 ⑴ 体心立方晶格 体心立方晶格 体心立方晶格的参数 体心立方晶格 ⑵ 面心立方晶格 面心立方晶格 面心立方晶格的参数 面心立方晶格 ⑶ 密排六方晶格 密排六方晶格的参数 密排六方晶格 三种常见晶格的密排面和密排方向 面心立方晶格与密排六方晶格密排面的堆垛顺序 密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB… 面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC… 面心立方晶格的原子堆垛 2、实际金属的晶体结构 ⑴ 单晶体与多晶体 单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。 多晶体： 晶粒：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：晶粒之间的交界面。 晶粒越细小，晶界面积越大。 多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。 ⑵ 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