化工设备机械基础第二章 金属材料的基础知识2.1~2.3.ppt

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1、第二章金属材料的基础知识与非金属相比，固态金属具有它独特的性能，如良好的导电性、导热性、延展性（塑性变形能力）和金属光泽。这些是金属独有的特性么？能否据此来区分金属与非金属呢？思考不是金属的特性1.有的非金属也可能表现出上述某些特性：如：石墨能导电金刚石导热无机化合物的金属光泽；2.各种金属晶体之间，这些特征的差别也很大：鈈、锰的导电能力比银、铜相差近百倍锑、铬、钒等金属是一种“脆性”金属。因此，只根据以上的一些特性来区分金属和非金属是不够充分的。以金属键方式结合，从而使金属材料具有以下特征：良好的导电、导热性：自由电子定向运动（在电场作

2、用下）导电、（在热场作用下）导热。不透明，有光泽：自由电子容易吸收可见光，使金属不透明。自由电子吸收可见光后由低能轨道跳到高能轨道，当其从高能轨道跳回低能轨道时，将吸收的可见光能量辐射出来，产生金属光泽。具有延展性（塑性变形能力）：金属键没有方向性和饱和性，所以当金属的两部分发生相对位移时，其结合键不会被破坏，从而具有延展性。1）晶体与非晶体2）金属的晶体结构3）晶面和晶向及其表示方法4）金属晶体的特点第一节金属的晶体结构晶体：材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。非晶体：原子无规则堆积，也称为“过冷液体”。晶体金刚石、

3、NaCl、冰液体非晶体蜂蜡、玻璃、橡胶晶体与非晶体金属的晶体结构a原子堆垛模型b空间点阵c晶格（晶体点阵）zxyabcd晶胞空间点阵将晶体内部的原子（离子）或原子群（离子群）抽象为无数点子按一定的方式在空间做有规则的周期性分布，这些几何点子的总体称为空间点阵，这些点称为阵点或节点。晶格（晶体点阵）用一系列假想的平行直线将空间点阵的阵点联结起来，形成的空间网络称为空间格子，也称晶格。晶胞为了研究空间点阵的排列特点，从点阵中取出一个反映点阵特征的基本单元（通常是一个平行六面体）作为其组成单元，这个平行六面体称为晶胞。金属的晶体结构XYZ

4、abc晶面通过原子中心的平面晶向通过原子中心的直线所指的方向XYZabc描述金属晶体结构的一些重要概念晶胞原子数一个晶胞内所含的原子数目。注意相邻晶胞的共有原子的计算方法。原子半径晶胞中最近邻的两个原子（原子密度最大的方向）之间（平衡）距离的一半。配位数晶格中和某一原子相邻的原子数目称为配位数。（晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目）致密度晶胞中原子本身所占的体积与晶胞体积之比。金属的晶体结构常见的金属晶体结构工业上常用的金属绝大多数具有比较简单的晶体结构，其中最典型的为以下三种：（1）体心立方晶格（2）面心立方晶格（3）密排

5、六方晶格金属的晶体结构体心立方晶格在立方晶胞的八个顶角上各有一个原子，在体中心有一个原子，每个原子与空间点阵中的一个阵点相对应。属于这种晶体结构的纯金属有α-Fe、Cr、Mo、W、V等。金属的晶体结构体心立方晶胞晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：原子半径：致密度：0.68XYZabc2r2ra2金属的晶体结构配位数：8面心立方晶格金属的晶体结构晶胞的八个顶角上和六个面上各有一个原子。属于这种晶体结构的纯金属有Fe、Al、Cu、Ag、Pb、Ni等。面心立方晶胞晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：原子半径：致

6、密度：0.74XYZabc密排方向4金属的晶体结构配位数：12Mg、Zn、Be等晶格常数底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角90晶胞原子数：6原子半径：a/2致密度：0.74密排六方晶格金属的晶体结构配位数：12（c/a=1.633时）理想晶体：是指晶体中原子严格地成完全规则和完整的排列，在每个晶格结点上都有原子排列而成的晶体。如理想晶胞在三维空间重复堆砌就构成理想的单晶体。实际晶体：多晶体+晶体缺陷晶体缺陷：是晶体内部存在的一些原子排列不规则和不完整的微观区域，按其几何尺寸特征，可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。晶粒（单

7、晶体）实际晶体中的缺陷一、点缺陷点缺陷的概念晶体中在X,Y,Z三维方向上尺寸都很小的晶体缺陷。2.点缺陷的类型空位；间隙原子（有同类和异类之分）；置换原子（有大小之分）；复合空位。置换原子空位复合空位间隙原子置换原子实际晶体中的缺陷二、线缺陷线缺陷的概念:晶体中在一维方向上尺寸很大，而在另外二维方向上的尺寸很小的晶体缺陷，它的主要形式是位错。位错是晶体中一列或若干列原子，发生某种有规律的错排现象。位错的类型:刃型位错螺型位错实际晶体中的缺陷刃位错刃位错刃型位错示意图实际晶体中的缺陷螺型位错示意图实际晶体中的缺陷位错密度：单位体积中位错线的

8、总长度，或单位面积上位错线的根数，单位cm-2位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发生了畸变,对晶体的性能有显著的影响。实验和理论研究表明:晶体的强度和位错密度有如图的对应关系,在晶体中位错