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1、金属的结构与性能第一章本章内容本章介绍金属材料的结构与组织，包括纯金属的晶体结构，晶体缺陷和合金的结构，金属材料的组织。介绍金属材料的工艺性能、机械性能和理化性能。还介绍高分子材料和陶瓷材料的结构与性能。学习目标：本章重点掌握金属材料的晶体结构、晶体缺陷和合金的结构，了解金属材料的组织及性能。学习建议：1．晶体结构部分应弄清三种常见金属的晶体结构及其特点，应充分发挥空间想象力。2．晶面指数及晶向指数的确定在学习时会感到困难。应掌握常见的晶面和晶向的表示方法，需要多练多画。1.金属的晶体结构化学成分内部组织决定材料的性能固态物质聚集
2、状态晶体非晶体1).晶体(crystal):物体内部的原子(或分子)在三维空间中,按一定规律作周期性排列的固体。性质:固定的熔点;各向异性等。例如,所有的金属、食盐等。2）.非晶体(non-crystal):物体内部的原子呈散乱分布,其物理和力学性能各向同性。例如,普通玻璃、松香等。金属的结构晶态非晶态SiO2的结构非晶态晶态1.1纯金属的晶体结构几个重要定义晶体结构（CrystalStructure）：晶体中原子（离子或分子）规则排列的方式。晶格(crystallattice):为了研究的方便，假设通过金属原子（离子）的中心划出
3、许多空间直线，这些直线形成的空间框架。晶胞(unitcell):能反映晶格特征的最小组成单元。晶胞的几何特征参数三棱边长（晶格常数latticeconstant）a、b、c棱边夹角：α、β、γbacαβγ1×10-10m～7×10-10m可用X射线结构分析技术进行测定晶系与布拉菲点阵1855年,法国学者布拉菲(Bravais)用数学方法证明了空间点阵共有且只能有十四种,并归纳为七个晶系:十四种空间点阵三种常见的金属晶体结构（B.C.C、F.C.C、H.C.P）一、体心立方晶体结构（Body-CenteredCubic）A21）具有
4、此结构的典型金属：钠（Na）、钾（K）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、α-Fe等。2）主要特征：晶胞的特征参数:a=b=c,α=β=γ=90晶胞中的原子数:n=8×1／8＋1=2个原子半径致密度0.68空隙半径r4=0.29r原子；r8=0.15r原子配位数8二、面心立方晶体结构（face-CenteredCubic）A11）具有此结构的典型金属：铝（Al）、铜（Cu）、铂（Pt）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、γ-Fe等。2）主要特征：a=b=c,α＝β＝γ＝90o；晶胞原子数：8×1/8+6×1/2＝4；原
5、子半径致密度0.74空隙半径r4=o.225r;r8=0.414r配位数12三、密排六方晶体结构（HexagonalClose－Packed）A31）具有此结构的典型金属：镁（Mg）、镉（Cd）、锌（Zn）、铍（Be）。2）主要特征：晶格常数：正六边形边长a，高为c,侧面之间夹角120o，侧底面间夹角90o。c/a=1.633晶胞原子数：2×1/2+12×1/6+3＝6；原子半径致密度0.74空隙半径r4=o.225r;r8=0.414r配位数12金属晶体中的晶面和晶向晶面：通过晶体中原子中心的平面。晶向：通过原子中心的直线为原子
6、列，其代表的方向叫做晶向。（1）晶面和晶向的表示方法1>立方晶系的晶面表示方法及步骤：1。规定一空间坐标，使待标定的晶面在三条坐标轴上有截距或者无穷大。注意：原点不能选择在欲定晶面上2。以晶格长度a为长度单位，写出欲定晶面在三条坐标轴上的截距。3。截距取倒数。4。截距的倒数化为最小整数。5。将三整数写在圆括号内。ZYX晶面族：在立方晶系中，由于原子的排列具有高度的对称性，往往存在有许多原子排列完全相同但在空间的位向不同，这些晶面总称为晶面族。例如：2>立方晶系的晶向表示方法及步骤：晶向族：在立方晶系中，原子排列情况相同但在空间的位
7、向不同，这些晶向总称为晶面族。例如：1。规定一空间坐标注意：原点要选择在欲定晶向的结点上2。写出该晶向另一结点的空间坐标值3。将坐标值按比例化为最小整数4。将化好的整数记在方括号内密排面和密排方向不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上原子排列方式和排列密度不一样。在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面为{110},称为密排面;原子密度最大的晶向为<111>,称为密排方向。在面心立方晶格中,密排面为{111},密排方向为<110>。金属晶体的特性(1)金属晶体具有确定的熔点纯金属进行缓慢加热时,达到一定的温度,固态金属会熔化成为液态金属。
8、在熔化过程中,温度保持不变。其熔化温度(T0)称为熔点。而非晶体材料在加热时,由固态转变为液态时,其温度逐渐变化。晶体和非晶体的熔化曲线金属晶体具有各向异性非晶体在各个方向上性能完全相同,这种性质叫非晶体的各向同性。在晶体中,不同晶面和晶向上原子排
