金属与合金的结构与结晶精品课件课件.pptx

19二月20251第二章金属及合金的结构与结晶纯金属的晶体结构与结晶材料的晶体结构与结晶过程；二元合金相图及其分析工程材料的分类、编号及用途

19二月20252第二节材料学基础

一、金属学基础1.金属的晶体结构2.金属的结晶过程3.金属的同素异构转变4.合金的相与相结构5.二元合金相图6.铁碳合金相图

19二月202531.金属的晶体结构

（1）晶体、晶格、晶胞的概念晶体：由许多质点（原子、离子或分子）在三维空间呈周期性规则排列所构成的固体。原子排列模型

19二月20254为了便于分析研究各种晶体中原子或分子的排列情况，通常把原子抽象为几何点，并用许多假想的直线连接起来，这样得到的三维空间几何格架，称为晶格；晶格中各边线的交点称为结点；晶格中各种不同方位的原子面，称为晶面。组成晶格的最基本几何单元称为晶胞。晶格可以看成由晶胞堆积而成。晶格与晶胞

19二月20255晶体结构是指晶体内部原子规则排列的方式。晶体结构不同，其性能往往相差很大。

19二月20256（2）金属的单晶体结构单晶体：结晶方位完全一致的晶体。在金属元素中，除少数具有复杂的晶体结构外，大多数具有简单的晶体结构，常见的晶体结构类型有三种：（1）体心立方晶体结构（2）面心立方晶体结构（3）密排立方晶体结构

19二月20257体心立方晶体结构典型金属：?-Fe、Cr、Mo、Na、Ba、Nb性能特点：强度很高，塑性较好致密度：68％（原子占有晶胞体积的百分数）晶胞是一个立方体，原子分布在立方体的各结点和中心处原子数1＋8×(1/8)=2晶格顶点上的原子同时为相邻的8个晶胞所公有

19二月20258面心立方晶体结构典型金属：?-Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag性能特点：塑性极好致密度：74％原子数(1/2)×6＋(1/8)×8=4晶胞也是一个立方体，原子分布在立方体的各结点和各面的中心处

19二月20259典型金属：Be、Mg、Zn、Cd、?-Ti性能特点：性能介于体心立方和面心立方之间致密度：74％密排六方晶体结构原子数3＋2×(1/2)＋12×(1/6)=6在由12个原子所构成的正六面体的上下两个六边形的中心各有一个原子，在上下底中间有三个原子

19二月202510（3）单晶体的各向异性各向异性：同一晶体的不同晶面和晶向上的性能不同。Fig2-5铁的单晶体及其各方向上弹性模量（E）示意图

19二月202511由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而便造成了它在不同方向上的性能差异，晶体的这种“各向异性”的特点是它区别于非晶体的重要标志之一例如，体心立方的Fe晶体，由于它在不同晶向上的原子密度不同，原子结合力不同，因而其弹性模量E便不同。许多晶体物质如石膏、云母、方解石等常沿一定的晶面易于破，就是这个道理。Fig2-5铁的单晶体及其各方向上弹性模量（E）示意图

19二月202512多晶体：实际金属是由许多位向不一致的小晶体组成的，每个小晶体呈不规则粒状，叫做晶粒，晶粒之间的界面叫晶界。（4）多晶体结构——各向同性

19二月202513显微组织在显微镜下观察到的各种晶粒的形态、大小、分布情况

19二月202514显微组织不同放大倍数下金属的显微组织

19二月202515显微组织不同含碳量的显微组织

19二月202516实际晶体中，不可避免地存在着一些原子偏离规则排列的区域，即晶体缺陷。它对金属的性能、扩散等有重大影响。晶体缺陷晶格畸变金属性能改变根据晶体缺陷的几何形态，可将缺陷分为三类：点缺陷、线缺陷和面缺陷。（5）晶体缺陷

19二月202517点缺陷点缺陷将导致晶格畸变。§2实际金属的结构在三维空间各个方向上尺寸都很小的缺陷，包括空位、置换原子和间隙原子。点缺陷的形成多是热运动的结果，塑性变形也可产生空位。空位和间隙原子的运动是金属中原子扩散（如钢表面渗碳）的主要方式。

19二月202518线缺陷┴在三维空间中两维方向上尺寸很小，另一维方向上尺寸相对较大的缺陷，主要是各种位错。位错是晶体中某处有一列或数列原子发生有规律错排的现象。常见的位错有刃型位错和螺型位错两种。

19二月202519位错导致晶格畸变，位错密度通常为10-6～10-8cm/cm3。增加位错密度可显著提高材料的强度。

19二月202520面缺陷在三维空间中一维方向上尺寸很小，另两维方向上尺寸相对较大的缺陷，主要是金属中的晶界和亚晶界(晶粒内部存在着