第二章 金属与合金的晶体结构-孙学强主编

《第二章 金属与合金的晶体结构-孙学强主编》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章金属与合金的晶体结构机械制造基础第二章教学要求通过学习，学生应了解和掌握金属与合金的晶体结构、晶体缺陷，以及合金的相结构为以后的学习奠定基础。机械制造基础第二章第一节纯金属的晶体结构第二节合金的晶体结构第三节实际金属的晶体结构主要内容机械制造基础第二章本章重点合金的相结构；金属的晶体缺陷。机械制造基础第二章第一节纯金属的晶体结构一、晶体结构的基本知识1、晶体与非晶体固态物质按原子（或分子）的聚集不同分为两类：晶体——原子具有规则排列的物质；非晶体——原子不具有规则排列的物质。晶体的三个特征：（1）晶体中的原子（

2、或分子）在三维空间作有规则的周期性的重复排列，因此晶体具有规则的外形；（2）晶体具有固定的熔点（如铁为1538℃、铝为660℃）；（3）在不同的方向上具有不同的性能，即具有各向异性。机械制造基础第二章二、金属的晶体缺陷晶体缺陷——晶体内部由于结晶条件或加工等方面的影响，使原子排列规则受到破坏，表现出原子排列的不完整性。按照缺陷的几何特征，可分为以下类：1、空位和间隙原子（点缺陷）在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占有，在晶格中便出现了空的结点，这种空着的晶格结点称为晶格空位。同时，又有可能在个别晶格空隙

3、处出现多余原子。这种不占据正常晶格位置而处在晶格空隙中的原子，称为间隙原子如图2-10所示。机械制造基础第二章晶格：把原子看成一个点，用假想的线条把原子连接起来构成的空间格子。晶胞：能反映晶格特征的最小几何单元体。机械制造基础第二章二、金属中常见的晶格类型在已知的80余种金属元素中，大多数金属都具有比较简单的晶体结构。最常见的金属晶格有三种类型。1、体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角上各有一个原子，在立方体的中心还有一个原子。具有体心立方晶格的金属有铬、钨、钼、钒及α铁等。机械制造基础第二

4、章2、面心立方晶格面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，在立方体的八个顶角各有一个原子，同时在立方体的六个面的中心又各有一个原子。具有这种晶格的金属有铜、铝、银、金、镍、γ铁等。3、密排六方晶格密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱体，在柱体的12个顶角上各有一个原子，上下底面的中心也各有一个原子；晶胞内部还有三个呈品字形排列的原子。具有这种晶格的金属有铍、镁、锌和钛等。机械制造基础第二章第二节合金的晶体结构一、合金的基本概念1、合金由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素熔合在一起，形成具有金属特性的物质。例如，钢

5、是由铁和碳组成的合金；普通黄铜是由铜和锌组成的合金。合金除有金属的基本特性外，还有优良的力学性能及某些特殊的物理和化学性能，如高强度、强磁性、耐热性及耐蚀性等。2、组元组成合金的独立的、最基本的单元称为组元。合金的组元通常是纯元素，但也可以是在所研究的范围内既不分解也不发生任何反应的稳定化合物。根据合金组元数目的多少，合金可分为二元合金、三元合金和多元合金。机械制造基础第二章3、合金系由二个或二个以上的组元按不同的含量配制的一系列不同成分的合金，称为一个合金系，简称系。如Cu-Zn系、Pb-Sn系、Fe-C系等。4、

6、相合金中凡是结构、成分和性能相同并且与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为相。液态物质称为液相，固态物质称为固相。在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。我们后面将要提到“组织”这个名词，这是一个与“相”最易混淆的概念。所谓组织，是指用肉眼或借助显微镜观察到的具有某种形态特征的合金组成物。实质上它是一种或多种相按一定的方式相互结合所构成的整体的总称。它直接决定着合金的性能。机械制造基础第二章二、合金的相结构根据组元间相互作用不同，固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两基本类型。（一）固溶体合金在固态下，组元间

7、仍能互相溶解而形成的均匀相，称为固溶体。固溶体的晶格类型与其中某一组元的晶格类型相同。能保留晶格形式的组元称为固溶体的溶剂，其它组元称为溶质。根据溶质原子在溶剂晶格结点所占据的位置，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两种基本类型，如图2-7所示。机械制造基础第二章1、置换固溶体溶质原子占据了部分溶剂晶格的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。根据固溶体中溶质原子的溶解情况，置换固溶体又分为有限固溶体和无限固溶体。有限固溶体——溶质原子在溶剂中的溶解量受到限制，只能部分占据溶剂晶格的结点位置，则称为有限固溶体。无限固溶

8、体——若两组元可以按任意比例相互溶解，即溶质原子能无限制地占据溶剂晶格的结点，则形成无限固溶体。如铁和铬、铜和镍就能形成无限固溶体。机械制造基础第二章提问：在什么情况下会形成无限固溶体？2、间隙固溶体溶质原子分布在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体叫做间隙固溶体。由于溶剂晶格的间隙很小，所以只有溶质原子与溶剂原子半径之比较小时(小于0.59)才能形成