金属学及热处理总结.docx

金属学与热处理总结 左建亮 2015/6/17 一、金属的晶体结构 配位数：所谓配位数是指晶体结构中与任意一个原子最近邻、等距离的原子数目。配位数越大，晶体中的原子排列越紧密。 致密度：若把原子看做刚性圆球，那么原子之间必然有空隙存在，原子排列的紧密程度可用原子所占体积与晶胞体积之比表示，称为致密度或密集系数，可用下式表示K=nV1/V(V1为一个原子的体积，V为晶胞体积，n原子个数）。 晶向指数：通常以［uvw］表示晶向指数，所有相互平行的晶向都具有相同的晶向指数。 晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向为晶向族，用〈uvw〉表示。只有对于立方结构的晶体改变晶向指数的顺序，所表示的晶向上的原子排列情况完全相同。 晶面指数：一般用（hkl)表示，取各截距的倒数，并化为最小简单整数。所有相互平行的晶面都具有相同的晶面指数。 晶面族：在同一种晶体结构中，有些晶面虽然在空间的位向不同，但其原子排列情况完全相同，这些晶面均属于一个晶面族，其晶面指数用｛hkl｝表示。 晶体的各向异性：各向异性是晶体区别于非晶体的一个重要标志。晶体具有各向异性的原因，是由于在不同晶向上的原子紧密程度不同所致。 晶体缺陷：一些原子偏离规则排列的不完整性区域。分为三类：点缺陷—空位（迁移到晶体表面的肖脱基空位，迁移到晶格的间隙中的弗兰克尔空位，迁移到其他空位）、间隙原子、置换原子、 线缺陷—刃型位错、螺型位错、 面缺陷—晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面（晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错和相界等） 刃型位错的特征：（1）有一额外半原子面（2）位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变。对于正刃型位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面之下为拉应力。负刃型位错与此相反。（3）位错线与晶体的滑移方向相垂直，位错线运动的方向垂直于位错线。 螺型位错的特征：（1）没有额外半原子面（2）螺型位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变（3)位错线与晶体的滑移方向平行，位错线运动的方向与位错线垂直。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型 晶胞中的原子数 原子半径 配位数 致密度 体心立方 2 √3a／4 8 68% 面心立方 4 √2a／4 12 74% 密排六方 6 a／2 12 74% 晶格类型 面心立方结构 体心立方结构 密排六方结构 间隙类型 正四面体 正八面体 四面体 扁八面体 四面体 八面体 间隙个数 8 4 12 6 12 6 原子半径rA √2a／4 √3a／4 a／2 间隙半径rB (√3-√2)a／4 （2-√2）a/4 (√5-√3)a／4 (2-√3)a／4 (√6-2)a／4 （√2-1)a／2 定义： 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型：如位错线与柏氏矢量垂直是刃型位错，平行是螺型位错；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量各部分均相同;④用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小；⑤用柏矢量可以表示晶体滑移的方向和大小；⑥对于一个位错来说，同时包含位错线和柏氏矢量的晶面是潜在的滑移面；螺型位错可以从一个滑移面移到另一个滑移面。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 定义： 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。过冷度的大小主要取决于冷却速度，冷却速度越大，则过冷度越大，即实际结晶温度越低。固相自由能低于液相的自由能 形核率：是指在单位时间单位体积液相中形成的晶核数目。它受两个方面因素控制：一方面是随着过冷度的增加，临界晶核半径和形核功都随之减小，结果使晶核易于形成，形核率增加；另一方面，无论是临界晶核的形成，还是临