第二章 纯金属与合金的晶体结构

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1、淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院教案首页一、章节：第二章纯金属与合金的晶体结构第一节纯金属的晶体结构第二节纯金属的实际晶体结构第三节合金的晶体结构二、教学目的：使学生了解纯金属与合金的晶体结构，晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。三、教学方法：讲授法。四、教学重点：晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。五、教学难点：晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。六、使用教具：挂图。七、课后作业：P17：1、2、6。八、课后小结：１０淮安信息职业技术学院第二章纯金

2、属与合金的晶体结构第一节纯金属的晶体结构一、晶体结构的基本知识1．晶体与非晶体晶体内部的原子按一定几何形状作有规则地重复排列，如金钢石、石墨及固态金属与合金。而非晶体内部的原子无规律地规律地堆积在一起，如沥青、玻璃、松香等。晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非晶体没有固定的熔点，且各向同性。2．晶体管格与晶胞为便于分析晶体中原子排列规律，可将原子近似地看成一个点，并用假想的线条将各原子中心连接起来，便形成一个空间格子。晶格——抽象的、用于描述原子在晶体中的规则排列方式的空间几何图形。结点——晶格中直线

3、的交点。晶胞——晶格是由一些最基本的几何单元周期重复排列而成的，这种最基本的几何单元称为晶胞。１０淮安信息职业技术学院晶胞大小和形状可用晶胞的三条棱长a、b、c（单位，1A=108cm）和棱边夹角来描述，其中a、b、c称为晶格常数。各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，故呈现出不同的物理、化学及力学性能。二、常见的晶格类型1．体心立方晶格体心立方晶格的晶胞为一立方体，立方体的八个顶角各排列着一个原子，立方体的中心有一个原子。其晶格常数a=b=c。属于这种晶格类型的金属有α铁、铬、钨、钼、钒等。2．面心立方

4、晶格面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排列一个原子。属于这种晶格类型的金属有γ铁、铝、铜墙铁壁、镍、金、银等。3．密排六方晶格密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，柱体的十二个顶角和上、下中心各排列着一个原子，在上、下面之间还有三个原子。属于这种晶格类型的金属有镁、锌、铍等、α－Ti。１０淮安信息职业技术学院晶格类型不同，原子排列的致密度也不同。体心立方晶格的致密度为68%，而面心立方晶格和密排六方晶格的致密度均为74%。晶格类型发生变化，将引起金属体积和性能的变化。第二节纯金

5、属的实际晶体结构一、多晶体结构单晶体——晶体内部晶格位向（原子排列方向）完全一致的晶体。单晶体具有各向异性的特征。“晶粒”——晶体位向基本相同的小晶体外形不规则，且呈颗粒状。每个晶粒内的晶格位向一致，但各个晶粒之间彼此位向都不相同。多晶体——由许多晶粒组成的晶体。一般金属材料都是多晶体。“晶界”——多晶体材料中相邻晶粒的界面。多晶体是由许多位向不同的晶粒组成，其性能是位向不同晶粒的平均性能，故认为金属（多晶体）是各向同性。二、纯金属的实际晶体结构在实际晶体中，原子的排列并不像理想晶体那样规则和完整。晶体缺

6、陷——１０淮安信息职业技术学院由于许多因素的影响，使某些区域的原子排列受到干扰和破坏，这种区域即晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何形态，可将其分为以下三类：1．点缺陷点缺陷是指在长、宽、高三个方向上的尺寸都很小的一种缺陷，最常见的是晶格空位和间隙原子，即晶格中某些结点被原子点有而形成晶格空位，同时又可能在其他晶格空隙处出现多余原子而形成间隙原子。点缺陷使周围原子发生靠拢或撑开，造成晶格畸变。2．线缺陷线缺陷是指在晶体中呈线状分布的缺陷，常见的线缺陷是各种类型的位错。“刃型位错”——图示ABCD晶面以上垂直插入一

7、个原子面EFGH，象刀刃一样切到EF线上，使ABCD晶面上、下两部分晶体的原子排列数目不等，即原子产生了错列的现象。位错的存在，以及位错的数量对金属的力学性能有很大的影响。晶体中位错的数量可用位错密度ρ表示。㎝-2式中V——晶体的体积，cm3；L——位错线的总长度，cm。１０淮安信息职业技术学院3．面缺陷面缺陷是指在晶体中呈面状分布的缺陷。常见的面缺陷是晶界和亚晶界。在每个晶粒内，其晶格位向并不像理想晶体那样完全一致，而是存在许多尺寸很小，位向差也很小的小晶块，这些小晶块称为“亚晶粒”，两相邻亚晶粒的界面

8、称为“亚晶界”。亚晶界是由一系列刃形位错组成的小角度晶界，其原子排列不规则，也产生晶格畸变。亚组织——具有亚晶粒与亚晶界的组织。第三节合金的晶体结构一、合金的基本概念合金——由两种或两种以上的金属元素组成的，具有金属特性的新物质。组元——组成合金最基本的独立的物质，简称元。组元就是组成合金的元素。例如普通黄铜的组元是铜和锌，铁碳合金的组元就是铁和碳。按组元数目，合金可分为二元合金、三元合金和多元合金等。１０淮安信息职业技术学院