金相检验基础.ppt

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1、第一章金属学基础第一节金属和合金的晶体结构金属和合金在固态时，通常就是那种原子在三维空间中有规则作周期重复排列的物质，就是说，在金属和合金中，原子的排列都是有规律的。一、纯金属的晶体结构（一）金属原子间的结合金属原子聚集在一起主要是靠金属键结合。(二)理想晶体1．晶体与非晶体a.晶体：材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。非晶体：材料的原子（离子、分子）无规则堆积，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”。b.区别(a)是否具有周期性、对称性(b)是否长程有序(c)是否有确定的熔点(d)是否各向异性晶体和非晶体在一定条件下可以相互转

2、化。2．晶体结构的描述晶体结构描述了晶体中原子（离子、分子）的排列方式。由于组成晶体的物质质点不同，排列的规律也不一样，所以就存在各种各样的晶体结构3.理想晶体的晶体学抽象空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成单元）晶胞的描述晶体学参数：a,b,c,α,β,γ晶格常数：晶胞的棱边长度a,b,c及棱边间的夹角α,β,γ（1）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。(2)晶胞：能够反映晶格特征的、最小的几何单元。(3)晶格常数：晶

3、体学上，以棱边长度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)a)体心立方晶胞(BCC)晶胞原子数：是指在一个晶胞中所含的原子数目。8*1/8+1=2典型金属：α-Fe、Cr、Mo、W、V等b)面心立方晶胞原子数：8*1/8+6*1/2=4典型金属：γ-Fe、Al、Cu、Au、Ag等c)密排六方晶系原子数：1/6*12+1/2*2+3=6典型金属Mg、Zn、Be、Cd等原子半径：是指晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子间平衡距离的一半，或晶胞中相距最近的两个原子间距的一半。体心立方晶胞：

4、r=配位数：是指晶格中与任一原子最邻近且等距离的原子数目。致密度：是指晶胞中原子本身所占有的体积百分数，也称密排系数。致密度=晶胞中原子所占有的体积/晶胞的体积*100%d)BCC、FCC、HCP晶胞的重要参数晶胞晶体学参数原子半径晶胞原子数配位数致密度BCCa=b=c,a=b=g=90o2868%FCCa=b=c,a=b=g=90o41274%HCPa=b≠c,c/a=1.633,a=b=90o,g=120oa/261274%(三)实际金属中的晶体缺陷理想晶体+晶体缺陷——实际晶体实际晶体——单晶体和多晶体单晶体：内部晶格位向完全一致各自异性多晶体：

5、由许多位向各不相同的单晶体块组成各自同性1．晶体缺陷：实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分a点缺陷——晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化空位和间隙原子空位:晶格结点处无原子置换原子:晶格结点处为其它原子占据间隙原子:原子占据晶格间隙b线缺陷（位错(刃位错和螺位错）——二维尺度很小，另一维尺度很大的原子错排C.面缺陷——一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域（晶界、亚晶界、相界、表面等）晶界-晶体结构相同位向不同的晶粒之间的界面称为晶粒的晶界。亚晶界—在晶粒内部可以观察到直径在10-100um大小的晶块，这些晶块之间的内界面就

6、称为亚晶粒间界，简称亚晶界。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晶界强化材料的方式叫细晶强化。二.合金的晶体结构金属材料大多是合金—由两种或两种以上的金属构成合金，并具有金属特征组元：构成合金的元素相：凡是化学成分相同、晶体结构相同，与其它部分有明显分界的均匀组成部分。合金中有两类基本的相结构，固溶体和金属间化合物。1、固溶体组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体，有置换固溶体，间隙固溶体。固溶强化:由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸度而造成材

7、料硬度升高，塑性和韧性没有明显降低。溶质原子溶入→晶格畸变→位错远动阻力上升→金属塑性变形困难→强度、硬度升高。2、金属间化合物金属间化合物是合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物一中间相。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。金属间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。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。

8、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