叶教授第一章金属学基础

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1、第一章金属学基础叶卫平第一节金属与合金的晶体结构一、晶体结构的基本概念•1、晶体与非晶体•晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。•非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。2、晶格与晶胞•（1）晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成。•⑵晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。•（4）晶系：•根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。•90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。•立方晶系：a=b=c,cf=^=/=90°•六方晶系：ai=a2=«3兴c,0=0=90。，严120。•⑸原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原

2、子间距的一半。3、立方晶系晶面、晶向表示方法•晶体中各方位上的原子面称晶面。•各方向上的原子列称晶向。•⑴晶面指数•表示晶面的符号称晶面指数。•其确定步骤为：•①确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。•②取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为（M/）o•例一•求截距为x、1、*晶面的指数截距值取倒数为0、1、0,加圆括弧得（010）•例二•求截距为2、3、oc晶面的指数取倒数为1/2、1/3、0,化为最小整数加圆括弧得（320）•例三•画出（112）晶面取三指数的倒数1、1、1/2,化成最小整数为2、2、1,即为X、Y、Z三坐标轴上的截距•（2）晶向指数

3、•表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为：•①确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。•②求直线上任一点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括弧。形式为［“问。•例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1、1・5、2,求该直线的晶向指数。•将三坐标值化为最小整数加方括弧得［234

4、o•⑶晶面族与晶向族•(likl)与［sw］分别表示的是一组平行的晶向和晶面。•审数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别用{⑷}和5川>表不。立方晶系常见的晶面为：{110}立方晶系常见的晶向为：<111>说明：①在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。②遇到负指数，“•”号放在

5、该指数的上方。二、金属的晶体结构•1、纯金属的晶体结构•金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的，称为金属键。•金属原子趋向于紧密排列。体心立方晶格体心立方晶格的参数•体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格的参数•面心立方晶格⑶密排六方晶格密排六方晶格的参数•密排六方晶格2、合金的晶体结构•合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。•组成合金的元素可以是全部是金属，也可是金属与非金属。•组成合金的元素相互作用可形成不同的相。•所谓相是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。•显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数

6、量、大小和分布的组合。•固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。•(1)固溶体•合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固•①置换固溶体•溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。•溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的称有序固溶体。•②间隙固溶体•溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。•形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金•③固溶体的溶解度•溶质原子在固溶体中的极限浓度。•溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体。•组成元素无限互溶的固溶体称无限固溶体。•组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。•间隙固溶体都是有限固溶体

7、。•④固溶体的性能•随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降一固溶强化。•产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。■(2)金属化合物•合金中其晶结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。①正常价化合物一符合正常原子价规律。如Mg2Si②电子化合物一符合电子浓度规律。如Cu3Sno电子浓度为价电子数与原子数的比值。③间隙化合物一由过渡族元素与C、N、B、H等小原子半径的非金属元素组成。%•间隙相：rWr^<0.59时形成的具有简单晶格结构的间隙化合物。如•M4X(Fe4N).•M2X(

8、Fc2N>W2C)>•MX(TiCxVC、TiN)等。•间隙相具有金属特征和极高的硬度及熔点，非常稳定。•部分碳化物和所有氮化物属于间隙相。•b・具有复杂结构的间隙化合物•当1•的金>0・59时形成复杂结构间隙化合物。•如FeB、FesC、Cr23C6等。FesC称渗碳体，是钢中重要组成相，具有复杂斜方晶格。•化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物为基的固溶体。•二、晶体缺陷•晶格的不完整部位称晶体缺陷。•实际金属中存