工程材料及成型技术基础课件.ppt

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1、工程材料及成型技术基础第1章工程材料的结构与性能材料的性能主要取决于成分、结构和组织。§1.2晶体材料的原子排列当材料处于固态时,若组成它的离子、原子或分子在三维空间呈有规则的长距离的周期性重复排列，即具有长程有序,这一类固态物质称为晶体。它们离子、原子或分子规则排列的方式称为晶体结构。晶体——材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。非晶体：蜂蜡、玻璃等。晶体金刚石、NaCl、冰等。非晶体——原子无规则堆积，也称为“过冷液体”。液体●晶体的概念1.2.1理想晶体结构1．晶体为了便于描述晶体中的原子排列规律，把晶体中的原子（或离子、

2、分子）想象成几何结点，并用直线从其中心连接起来而构成的空间格架，称为晶格。晶格中的结点为原子平衡中心的位置，通过结点的任一平面称为晶面，通过结点的任一直线所指的方向称为晶向。把能反映空间晶体排列方式的基本单元称为晶胞。晶胞大小和形状可用其三条棱边长度a、b、c和棱边夹角α、β、γ来描述，a、b、c称为晶格常数（10-10m）。原子（离子）的刚球模型原子中心位置●晶体结构晶胞点阵（晶格）模型晶胞XYZabc晶格常数a，b，c2．常见的金属晶体结构⑴体心立方晶格由八个原子构成一个立方体，在立方体的中心还有一个原子。晶格常数用a(=b=c)表示。

3、晶胞在其立方体对角线方向上的原子是彼此紧密相接触排列的。晶胞每个顶点上的原子同属于相邻八个晶胞所共有，因此每个晶胞实际包含原子数为（1/8）×8+1=2。（1）体心立方晶格-Fe、W、V、Mo等晶胞中原子排列的紧密程度可用致密度K表示。致密度指晶胞中原子所占的总体积与该晶胞体积之比。K体=0.68。属于体心立方晶格的金属有α-Fe（912℃以下的纯铁）、Cr、Mo、V、Nb、Na、K、β-Ti等。体心立方晶胞晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：原子半径：致密度：0.68致密度=Va/Vc，其中Vc:晶胞体积a3Va:原子总体积2

4、4r3/3XYZabc2r2raa2⑵面心立方晶格在晶胞每个角及每个面中心各分布一个原子，在每个面的对角线上各原子彼此相互接触。由于每个面心位置上的原子同属于两个晶胞所共有，因此每个晶胞实际包含原子数为（1/8）×8+（1/2）×6=4。K面=0.74。属于面心立方晶格的金属有γ-Fe（912-1394℃的纯铁）、Cu、Al、Au、Ni、Ag、Pt、β-Co等。（2）面心立方晶格-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等面心立方晶胞晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：原子半径：致密度：0.74XYZabc密排方向4⑶密排六方晶格

5、六棱柱体的上下底面六个角及中心各有一个原子，柱体中心还有三个原子。K密=0.74。属于密排六方晶格的金属有Be、Zn、Cd、Mg、α-Ti、α-Co等。（3）密排六方晶格C（石墨）、Mg、Zn等晶格常数底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角90晶胞原子数：6原子半径：a/2致密度：0.743.晶面和晶向的表示方法采用晶面指数（hkl）和晶向指数[uvw]的形式。（hkl）晶面或[uvw]晶向实际上是表示一组原子排列相同的平行晶面或晶向。在立方晶系中，由于原子排列具有高度的对称性，故存在着许多原子排列完全相同但不平行的对称晶面或晶向，

6、通常把这些晶面或晶向归结为同一晶面或晶向族用{hkl}或表示。在同一晶面或晶向族中的各个晶面或晶向的指数值相同，但符号和次序不同。由于不同晶面和不同晶向上原子排列的方式和密度不同，因而在同一单晶体的不同晶面和晶向上的各种性能也会不同，这种现象就称为各向异性。金属晶体中的晶面和晶向XYZabc晶面通过原子中心的平面晶向通过原子中心的直线所指的方向XYZabc各向异性不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象XYZXYZ1.2.2实际晶体结构1．单晶体与多晶体结晶方位完全一致的晶体称为单晶体。在单晶体中，所有晶胞均呈相同的位向，故单晶体

7、具有各向异性。实际的金属结构都包含着许多小晶体，每个小晶体的晶格是一样的，而各小晶体之间彼此方位不同。由于每个小晶体都具有不规则的颗粒状外形，故称为晶粒，晶粒与晶粒之间的界面叫做晶界。实际金属中的晶体缺陷实际金属晶体结构与理想结构的偏离单晶体：内部晶格位向完全一致 的晶体（理想晶体）。如单晶Si半导体。多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。晶粒（单晶体）由于晶界是两相邻晶粒不同晶格方位的过渡区，所以在晶界上原子排列总是不规则的。这种由多晶粒组成的晶体结构称为多晶体。在多晶体金属中，不显示各向异性。这是因为在多晶体中各个晶粒的位向紊乱，其各向异性

8、显示不出来，结果使多晶体呈现各向同性，这种现象也称为伪无向性。多晶体晶粒的大小与金属的制造及处理方法有关。晶粒大小对材料性能影响很大，在