机械工程材料第2章 金属的晶体结构和结晶ppt课件.ppt

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1、第2章金属的晶体结构与结晶第2章金属的晶体结构与结晶2.1金属的晶体结构2.2金属中的晶体缺陷2.3纯金属的晶体结构与结晶2.4合金的晶体结构及结晶2.5综合练习题2.1金属的晶体结构2.1.1晶体与非晶体2.1.2晶体结构的基本知识2.1.1晶体与非晶体所有物质都是由原子组成的，根据原子排列的特征，固态物质可分为晶体与非晶体两大类。晶体是指原子沿三维空间按一定几何规律重复排列成的有序物质。如图2-1a所示。晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非晶体没有固定熔点，且各向同性。如金刚石、石墨及一般固态金属材料等均是晶体。非晶体是指其组成微粒没有规则堆积在一起的物

2、质，如沥青、玻璃、石蜡、松香等都是非晶体。另外，现代科技的发展，也制成了具有特殊性能的非晶体状态的金属材料。晶体与非晶体的根本区别在于原子排列是否规则。(1)金属键由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合的方式称金属键。金属键示意（a）晶体中的原子排列（b）晶格（c）晶胞图2-1简单立方晶格与晶胞示意图(2)晶体与非晶体晶体是指原子沿三维空间按一定几何规律重复排列成的有序结构。特性:具有固定的熔点。单晶体具有各向异性。非晶体是指原子本身沿三维空间无规律地垛在一起形成的无序结构。特性:没有固定的熔点，各向同性。图2-1(a)晶体结构示意2.1.2晶体结构的基本知识

3、晶体结构指在晶体内部，原子、离子或原子集团规则排列的方式。晶体结构不同，其性能往往相差很大。1.晶格2.晶胞3.晶格常数4.常见的晶格类型1.晶格将晶体中的原子（或离子）视为几何结点，用一些假想的直线从其中心将各结点连接起来，形成一个空间几何格架，这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的空间几何格架，称为晶格。(b)晶格和晶胞2.晶胞晶格中能够完全反映晶格特征的最小几何单元.3.晶格常数把晶胞各棱边的长度用a、b、c表示，称为晶格常数，其大小通常以埃为计量单位。晶胞各边之间的相互夹角分别用α、β、γ表示。a、b、c、α、β、γ称为晶胞的六个参数。金属的晶格常数

4、一般为10～70nm。4.常见的晶格类型根据这六个晶格常数的不同，可以把晶格分成七大晶系，十四种空间点阵。在金属材料中，对已知的80多种金属元素，大部分金属的晶体结构都属于体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种类型或表2-1所示。（1）体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是立方体，立方体的八个顶角和中心各排列着一个原子。如图2-2所示。其晶格常数a=b=c。具有这种晶格的金属有钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、铁(a-Fe)等元素。图2-2体心立方晶格示意图（2）面心立方晶格面心立方晶格的晶胞也是立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排列着一个原子，

5、如图2-3所示。具有这种晶格的金属有金(Au)、银(As)、铝(Ai)、铜(Cu)、镍(Ni)、γ铁(γ-Fe)等。图2-3面心立方晶格示意图（3）密排六方晶格密排六方晶格的晶胞是六方柱体，在六方柱体的十二个顶角和上下底面中心各排列着一个原子，另外在上下面之间还有三个原子，如图2-4所示。具有此种晶格的金属有镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、α钛(α-Ti)等。晶格类型不同，原子排列的致密度也不同。晶格类型和晶格常数发生变化，将引起金属体积和物理、化学、力学性能的变化。图2-4密排六方晶格示意图密排立方晶格示意5.晶体结构（1）单晶体是指一块晶体内部的晶格位向

6、(即原子排列的方向)完全一致的晶体。则称该块晶体为单晶体。如图2-5所示.（2）多晶体由多个单晶粒组成的晶体为多晶体，一般金属材料都是多晶体。多晶体材料中相邻晶粒的界面称为晶界。由于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，故具有多晶体结构的金属是各向同性的。晶粒晶界多晶体示意图多晶体结构由多个单晶粒组成的晶体为多晶体通常钢铁材料晶粒尺寸为0.1～0.001mm显微组织：在显微镜下观察到其形态、大小、分布不同的组成物。a)单晶体 b)多晶体图2-5单晶体与多晶体示意图晶体滑移变形示意图单晶体和多晶体的塑性变形位错运动引起的滑移变形图多晶体

7、塑性变形示意图2.2金属中的晶体缺陷2.2.1常见晶体缺陷及分类2.2.2晶体缺陷2.2金属中的晶体缺陷2.2.1常见晶体缺陷及分类理想晶体应该是原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，要偏离理想晶体结构的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。间隙原子晶格空位2.2.2晶体缺陷1.点缺陷点缺陷：是指在三维空间上的尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷,↗↘。原子空缺的位置叫空位；存在于晶格间隙位置的原子叫间隙原

8、子，最常见的是晶格空位和