机械工程材料 新2.ppt

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1、第二章金属的晶体结构与结晶金属特性与金属键金属的晶体结构实际金属结构金属的结晶金属铸锭组织原子的构造一、金属特性与金属键①金属原子的最外层轨道电子少。②金属原子易失去电子而成为正离子。③金属键金属正离子与自由电子间的静电作用，使金属原子结合起来形成金属整体。金属特性①优良的导电性和导热性。②不透明和具有金属光泽。③较高的强度和较好的塑性。④正的电阻温度系数。关系①导电：在电势作用下，自由电子定向移动；②正的电阻温度系数：T↗，离子振动↗，电子运动阻力↗③塑性：金属中离子与电子间能保持一定的相对关系。二、金属的晶体结构1.晶体的基本知识晶体与非晶体

2、晶体：内部原子在空间呈一定的有规则排列，具有固定熔点和各向异性。(金刚石、盐)非晶体：内部原子是无规则堆积在一起的。没有固定的熔点，具有各向同性。(玻璃、石蜡)晶格(点阵)表示晶体中的原子(正离子)排列方式的空间几何体。假设：A.金属中的原子(正离子)都是刚性小球；B.金属中的原子都缩小为一个点，线将点连接起来，线与线的交点为节点。晶胞：表示晶格几何特征的最小几何单元。(1)晶格常数:棱边长度(a,b,c)，单位A0(10-10m);轴间夹角(α、β、γ）(2)晶面、晶向:晶面：在晶体中通过原子中心的平面,用晶面指数表示。晶向：通过原子中心的直线为

3、原子列，其所代表的方向，用晶向指数表示。晶向指数的确定方法(1)通过坐标原点引一直线，使其平行于所求的晶向；(2)求出该直线上任意一点的三个坐标值，(3)将三个坐标值按比例化为最小整数，加一方括号，即为所求的晶向指数。一般形式为[uvw]。原子排列相同，位向不同，可统一用表示。晶向指数晶面指数的确定方法(1)沿晶胞的三个坐标轴，由原点起取该晶面在各坐标轴上的截矩（以晶格常数值a、b、c分别为三个相应轴上的度量单位）(2)取截矩的倒数；(3）把它们化为三个最小的简单整数，并括在一个圆括弧中表示。一般形式为(hkl)。原子排列相同,

4、位向不同，可统一用hkl表示。晶面指数的确定2.典型的晶体结构体心立方(b.c.c)面心立方(f.c.c)密排六方(h.c.p)body-centeredcubicface-centeredcubichexagonalclose-packeda)刚球模型b)质点模型c)晶胞原子数三种常见金属晶格的常用数据体心立方面心立方密排六方晶胞中的原子数2=8×1/8+14=8×1/8+6×1/26=12×1/6+2×1/2+3原子半径致密度0.680.740.74配位数812=3×412=6+3+3常见材料W,Mo,Ta,Nb,Ti,V,Crα-FeCu,

5、Al,Au,Agγ-FeZn,Mg致密度：晶胞中包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。配位数：晶格中任一原子周围所紧邻的最近且等距离的原子数。例：体心立方的常用数据①α=β=γ=900a=b=c晶格常数“a”②一个晶胞内有二个原子（1/8×8＋1=2）③致密度=0.68即：原子排列的紧密程度。（晶胞中原子占体积与晶胞体积之比）0.68=2×4/3×π(a)3/a3④配位数=8即：晶体中任一原子周围最近且等距离紧邻的原子数。⑤常见的金属：α–Fe(t＜910℃)Cr、W、Mo、V等3.各向异性晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而不同方向上的性

6、能有所差异(原子间结合力不同)。硅钢片，不同晶向磁化能力不同，采用轧制，使<100>晶向平行于轧制方向，得到优异的磁导率。体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格{110}{111}{110}{111}晶格滑移面滑移方向滑移系三种典型金属晶格的滑移系三、实际金属结构单晶体—晶体内部的质点排列完全一致。晶粒：外形不规则的小单晶体。多晶体—由许多单晶体无规则堆积而成的晶体。晶界：颗粒与颗粒之间的界面。伪各向同性：单晶体虽然是各向异性的，但是由许多单晶体无规则堆积而成的多晶体则呈现各向同性。显微组织：显微镜下观察到的金属中　　　　　　各种晶粒的大小、形态

7、和分布。1、单晶体与多晶体1932年发明了电子显微镜，把人们带到了微观世界的更深层次（10-7m）透射电子显微镜扫描电子显微镜光镜下电镜下光学显微镜点缺陷在三维空间各个方向上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子间距。空位置换原子间隙原子晶格畸变：点缺陷的存在，原子间作用力的平衡被破坏，周围其原子发生靠拢或撑开的不规则排列，此变化为晶格畸变。2.晶体缺陷线缺陷在三维空间两维方向尺寸较小，在另一维方向的尺相对较大。位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生某种有规律的错排。位错形式：刃型位错、螺型位错一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移，在晶格的上半部分

8、中挤出了一层多余的原子面，好象在晶格中额外插入了半层原子面一样，其边缘为位错线。(透射电镜下可观察到)刃型位