第2章 常见金属的晶体结构与结晶

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1、第2章常见金属的晶体结构与结晶2.1金属的晶体结构2.2纯金属的结晶2.3合金的相结构及二元合金相图2.4合金性能与相图的关系第2章常见金属的晶体结构与结晶2.1.1晶体与非晶体固体物质按其内部原子或分子排列方式的不同，可分为晶体和非晶体两大类。晶体是指材料内部的原子或分子按一定规律规则排列的物质，如金刚石、水晶、氯化钠等。晶体具有固定的熔点或凝固点，具有各向异性。非晶体是指材料内部的原子或分子无规则地堆积在一起的物质，如沥青、松香、玻璃等。非晶体没有固定的熔点或凝固点，表现出各向同性。2.1金属的晶体结构第2章常见金属的晶体结构与结晶2.1.2金

2、属的晶体结构1.晶体结构（1）晶格晶格：抽象的、用来描述原子在晶体中排布规律的空间格架。节点：晶格中直线的交点。晶格的结点为金属原子(或离子)振动平衡中心的位置。第2章常见金属的晶体结构与结晶（2）晶胞晶胞：晶格中能完全反映该晶格特征的最小几何单元。晶胞在三维空间作周期性重复排列即构成晶格。第2章常见金属的晶体结构与结晶（3）晶格常数晶格常数：晶胞中各棱边的长度。晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a、b、c和三条α、β、γ等六个参数来描述。当晶格常数a=b=c，且棱边夹角α=β=γ=90°时，这种晶胞称为简单立方晶胞，具有简单立方晶胞的晶格称为简

3、单立方晶格。金属的晶格常数一般为(1～7)×10-10m。第2章常见金属的晶体结构与结晶（4）晶面和晶向晶面：晶体中通过原子中心的平面。晶向：通过原子中心的直线所代表的晶格空间的方向。在同一晶格的不同晶面和晶向上，原子排列的密度不同，使得原子结合力不同，从而在不同的晶面和晶向上显示出不同的性能，使晶体具有各向异性。第2章常见金属的晶体结构与结晶2.常见的金属晶体结构（1）体心立方晶格晶胞中，立方体的八个顶角和中心各有一个原子，原子在立方体对角线上紧密排列。一个体心立方晶胞所含的原子数为：2个。第2章常见金属的晶体结构与结晶（2）面心立方晶格晶胞中，

4、立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子，原子在每个面对角线上紧密排列。一个面心立方晶胞所含的原子数为：4个。第2章常见金属的晶体结构与结晶（3）密排六方晶格晶格常数用正六边形的边长a和柱体的高c来表示，且c/a=1.633，两相邻侧面之间的夹角为120°,侧面与底面之间的夹角为90°。一个密排六方晶胞所含的原子数为：6个。第2章常见金属的晶体结构与结晶2.1.3金属的实际晶体结构晶体内部晶格位向完全一致的晶体称为单晶体。实际使用的金属材料都是由许许多多的小晶体组成的，称为多晶体。这种外形不规则的颗粒状的小晶体称为晶粒，晶粒与晶粒之间的界面称为晶

5、界。由于各晶粒的位向是任意的，其性能是位向不同晶粒的平均值，表现出各向同性的特点，这种现象称为“伪各向同性”。第2章常见金属的晶体结构与结晶1.点缺陷点缺陷是指在空间三维尺寸上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。（1）空位在晶体的晶格中,某些结点未被原子占有，这种空缺的位置称为空位。（2）间隙原子位于晶格间隙之中的多余原子称为间隙原子。第2章常见金属的晶体结构与结晶（3）置换原子金属中的异类原子占据了晶格中的节点位置，代替了金属原来的原子，则这种异类原子称为置换原子。由于点缺陷的存在，使其周围的原子偏离了原来的平衡位置，晶格发生变形，这种现象称为晶

6、格畸变，对于金属强化起着重要作用。晶格中的空位和间隙原子总是处于不停的运动和变化之中，是金属中原子扩散的主要方式之一。第2章常见金属的晶体结构与结晶2.线缺陷线缺陷是指空间两维尺寸都很小而第三维尺寸很大的缺陷。主要是指在晶体中某部位出现一列或数列原子发生有规律的错排现象，这种现象称为位错。晶体中的位错主要有刃型位错和螺型位错两种。第2章常见金属的晶体结构与结晶（1）刃型位错在晶体ABC晶面的E点以上，多出一个垂直方向的原子面，使得晶体上下两部分产生错排现象，这个多余的原子面犹如刀刃一样插入晶体，在刃口EF附近形成缺陷，称为刃型位错，EF线称为刃型位

7、错线。第2章常见金属的晶体结构与结晶（2）螺型位错在晶体ABCD晶面上，左右两部分的原子排列上下错动了一个原子的距离，使不吻合的过渡区域（BC线附近区域）的原子排列呈螺旋状，故称螺型位错，BC线称为螺型位错线。位错的存在使得其附近区域产生严重的晶格畸变，是强化金属的重要方式之一，位错的运动及其密度的变化对金属的性能、塑性变形过程等都起重要作用。第2章常见金属的晶体结构与结晶3.面缺陷面缺陷是指在空间两维方向上尺寸都很大而第三维尺寸很小的呈面状分布的缺陷。金属晶体中的面缺陷主要是指晶界和亚晶界。（1）晶界实际金属为多晶体，相邻晶粒之间的晶格位向是不同

8、的，位向差一般大于10º～15º，称为大角度晶界。第2章常见金属的晶体结构与结晶（2）亚晶界一般晶粒内部也是由许多位向相差