金属与合金地晶体结构.ppt

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1、第一章金属与合金的晶体结构晶体的基本知识一、晶体和非晶体晶体：固态物质的原子（离子或分子）在空间按一定的几何规律作周期性排列。例如：金属等非晶体：原子无规律的堆积在一起。例如：玻璃、松香等晶体的基本特点：Ⅰ有固定的熔点。例如铁的熔点为1538℃Ⅱ各向异性。晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。晶体的基本知识二、晶格、晶胞、晶格常数晶格：金属学中把晶体的原子假设成是固定不动的刚性小球，用假想的线条将各原子的中心连接起来，构成一个空间的格子。晶胞：能够反映晶格特征的、最小的几何单元。晶格常数：晶体学上，以

2、棱边长度a、b、c和棱面夹角α、β、γ来表示晶胞的形状和大小。其中棱边长度称为晶格常数。单位为埃（1埃=10-8cm)金属的晶体结构金属中常见的晶格1、体心立方晶格晶胞中实际拥有的原个数为2个致密度为0.68配位数为8典型金属：α-Fe、Cr、Mo、W、V等2、面心立方晶格晶胞中实际拥有的原个数为4个致密度为0.74配位数为12典型金属：γ-Fe、Al、Cu、Au、Ag等金属的晶体结构金属中常见的晶格3、密排六方晶格晶胞中实际拥有的原个数为6个致密度为0.74配位数为12典型金属Mg、Zn、Be、Cd

3、等合金的晶体结构一、合金的基本概念合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为合金。例如：黄铜由Cu和Zn两种金属元素组成。碳钢和铸铁是铁和碳两种元素组成。组元：组成合金的最基本的、独立的物质叫组元。例如：Cu和Zn是黄铜的两个组元。Fe-Fe3C是碳钢的两个组元。相：合金中具有同一化学成分且结构相同的，和其它部分有明显界面区分的独立均匀部分称为相。合金的晶体结构合金系：给定组元后，可以按不同比例配制出一系列成分不同的合金，这一系列合金就构成一个合金系。例如：Cu

4、和Ni二元合金系Cu100%80%60%40%20%0%Ni0%20%40%60%80%100%合金的晶体结构相：合金中具有同一化学成分且结构相同的，和其它部分有明显界面区分的独立均匀部分称为相。合金系：给定组元后，可以按不同比例配制出一系列成分不同的合金，这一系列合金就构成一个合金系。合金的晶体结构二、合金的相结构1、固溶体：合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相。固溶体的晶格结构和溶剂相同按照溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，固溶体可分为间隙固溶体例如：C溶于α-Fe形成间隙固溶体置换固

5、溶体例如：Ni溶于Cu形成置换固溶体按照溶质原子在溶剂中的溶解度的不同，固溶体可分为有限固溶体例如：Sn溶于Cu形成有限固溶体无限固溶体例如：Fe溶于Cr形成无限固溶体合金的晶体结构少数置换固溶体在满足一定条件下可形成无限固溶体，间隙固溶体和大部分置换固溶体都是有限固溶。固溶体的性能：由于固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增加，结果使金属材料的强度、硬度增加，电阻、矫顽力升高，导电性下降。固溶强化：通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。合金的晶体结构2、金属化合物

6、金属化合物的晶格类型与组成化合物各组元的晶格类型完全不同，一般可用化学分子式表示。金属化合物常见有以下三种类型正常价化合物组成正常价化合物的元素是按原子价规律结合的，因而其成分固定不变。通常由金属性强的元素和非金属或类金属形成这种化合物。如Mg2Si，Mg2Sn等。合金的晶体结构电子化合物按照一定的电子浓度形成一定晶体结构的化合物。如CuZn（体心立方）Cu5Zn8（复杂立方）CuZn3（密排六方）间隙化合物一般由原子直径较大的过渡族金属和原子直径较小的非金属原素所组成。如：具有简单晶格的间隙相VCW

7、CTiC具有复杂晶格的间隙化合物Fe3C，Cr23C6，Cr7C3合金的晶体结构金属化合物的性能：金属化合物一般具有较高的熔点和硬度可使合金的强度、硬度、耐磨性及耐热性提高，有些金属化合物还具有某些特殊的物理、化学性能，如性能远优于硅半导体材料GaAs，具有形状记忆效应的NiTi，CuZn，新一代能源的储氢材料LaNi5。弥散强化：金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上，将是合金的强硬度、耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。实际金属中的晶体缺陷根据晶体缺陷的几何形态，可将其分为点缺陷、线缺陷和面

8、缺陷三大类。1、点缺陷：空位和间隙原子实际金属中的晶体缺陷2、面缺陷：位错（螺型位错和刃型位错）刃型位错是在切应力的作用下，晶体的右上部分相对于下半部分产生了一个原子间距的滑移，其结果使得晶体的上半部分产生了一个额外半原子面，就好象刀刃插入晶体，使晶体中的原子发生了有规律的错排，因此称为刃型位错。实际金属中的晶体缺陷3、面缺陷：晶界、亚晶界、相界细晶强化：晶界、亚晶界处的原子也会偏离平衡位置引起晶格畸变，使金属材料的强度和硬度得以提高，这种靠增加晶界或亚