金属材料与热处理课件.ppt

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1、第一章金属的晶体结构与结晶金属的特性和金属键；晶体与非晶体；金属晶体结构是决定性能的内在基本因素之一；实际晶体中晶体缺陷普遍存在，对金属的许多性质，尤其是力学性能有着重大的影响；纯金属结晶过程；晶粒细化对提高金属材料力学性能的显著作用，凝固时细化晶粒的途径和方法。金属──金属键结合。具有正的电阻温度系数、导电性和导热性、延展性和金属光泽。固体:晶体和非晶体。绝大多数金属与合金都是晶体。晶体：原子在空间呈有规则的周期性重复排列。金属原子间的键合特点金属键共有价电子→电子云→键无方向性和饱和性晶体与非晶

2、体最本质的区别在于：（1）晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列，而非晶体中这些质点是无规则堆积在一起的。天然晶体的外形对称性。（2）晶体具有明显、固定的熔点。如铁的熔点为1538℃，铜的熔点为1083℃。（3）晶体有各向异性。金属是晶体，晶体学理论研究金属的内部结构。液体非晶体蜂蜡、玻璃等。一、晶体学简介1晶体结构模型理想晶体中，原子规则排列，原子在空间周期性地重复，每个原子具有相同的环境。假设：原子为固定不动的刚性小球。a原子堆垛模型2、晶格、空间点阵、晶胞将原子、离子等抽象为几何的点。空间点阵

3、：几何点(原子)在空间排列的阵列。晶格：几何点(原子)排列的空间格架。晶胞：晶格中体积最小，对称性最高的平行六面体。是能代表原子排列形式特征的最小几何单元。点阵参数：点阵常数a,b,c；棱间夹角α,β,γ。P晶胞在三维空间的重复排列，构成点阵。c晶格abczxyd晶胞布拉菲在1948年根据“每个阵点环境相同”的要求，用数学分析法证明晶体的空间点阵只有14种，称为布拉菲点阵，分属7个晶系。二、金属晶体典型结构晶系轴(棱边)之间的夹角三斜晶系单斜晶系斜方晶系正方晶系菱方晶系六方晶系立方晶系三种典型

4、晶体结构体心立方面心立方密排六方晶胞中所含原子数晶胞中所含原子数是指一个晶胞内真正包含的原子数目。配位数是指在晶体结构中，与任一原子最近邻且等距离的原子数。致密度是指晶胞中原子所占体积分数，即K=nv′/V。式中，n为晶胞所含原子数、v′为单个原子体积、V为晶胞体积。原子半径原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距离的一半。体心立方晶格参数Cr、V、Mo、W和α-Fe等30多种§1.2金属晶体典型结构体心立方晶格参数§1.2金属晶体典型结构体心立方晶格参数§1.2金属晶体典型结构BACDE

5、FGHaaa2aAEFCa2a3abcc晶体结构特征分析：1、点阵参数a=b=cα=β=γ=90°2、晶胞中原子数=1+8×1/8=23、原子半径r=√3/4a4、8配位数越大，原子排列越紧密。5、致密度=晶胞中所含原子占体积的总和/晶胞体积=n·V原子/V晶胞面心立方晶格参数Al、Cu、Ni和γ-Fe等约20种§1.2金属晶体典型结构面心立方晶格参数§1.2金属晶体典型结构面心立方晶格参数§1.2金属晶体典型结构afcc晶体结构特征：1点阵参数：a=b=cα=β=γ2晶胞原子数：N=3+1=43原

6、子半径r=√2a/44配位数=125致密度=nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag等(三)密排六方结构金属有：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等晶体结构特征：1、点阵参数：a1=a2=a3=a，α1=α2=α3=1200平面轴X1、X2、X3和Z轴的夹角=9OOZ轴的单位长度=c，一般用a、c两个量来度量。2、晶胞原子数N=Ni+Nf/2+Nc/6=3+2/2+12/6=63、原子半径：当c/a=1.633时，三层原子紧挨着，此时d=

7、a，r=a/2。4、配位数=125、致密度=0.74ZX1X2X3结构类型晶胞原子数晶格常数原子半径配位数致密度体心立方2a√3a/480.68面心立方4a√2a/4120.74密排六方6a，ca/2120.74金属中常见的三种晶体结构特征小结（P5）四、晶向指数和晶面指数晶向─在晶体点阵中，由阵点组成的任一直线，代表着晶体空间内的一个方向，称为晶向。晶面─在晶体点阵中，由阵点所组成的任一平面，代表着晶体的原子平面，称为晶面。1晶向指数晶向指数─用数字符号定量地表示晶向，这种数字符号称为晶向指数。晶

8、向指数的标定方法：(1)确定坐标系，对立方晶系选用三轴直角坐标系，X、Y、Z轴互相垂直，以晶格常数a、b、c作为三个轴的单位长度。(2)以晶向上的任一原子作为坐标原点，找出该晶向上另一原子的坐标值，并化为最小整数。(或者从座标原点引一条平行于待测晶向的直线)(3)[uvw]晶向族─同一种晶体结构中空间位向不同，但原子排列情况相同的一系列晶向。<100>：[100]、[010]、[001]、[100]、[010][001]。<110>：[110]、[101]、