机械工程材料第3章.ppt

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1、第三章晶体结构与结晶金属的晶体结构金属的结晶本章主要内容晶体与非晶体金属的晶体结构实际晶体结构结晶过程影响结晶的因素金属铸锭的组织特点结晶条件NaCl的晶体结构及矿物食盐萤石（CaF2）的晶体结构金刚石 石墨 碳60晶体与非晶体1.材料分类(按固体材料的原子聚集状态）晶体：原子按一定规律周期排列非晶体：原子排列无规律非晶体：蜂蜡、玻璃等。晶体金刚石、NaCl、冰等。液体2.晶体特点①天然规则外形②各向异性——同一性能在不同方向测试，结果不同③一定熔点熔点晶体非晶体时间温度晶体和非晶体的熔化曲线原子（离子）的刚球模型原子中心位置3.1金属的晶体结构晶体:是指原子按一定的几何形状有规律的重复排

2、列的物体。即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。晶胞点阵（晶格）模型：表示晶体中原子排列形式的空间格子称为晶格。构成晶格的最基本的几何单元称为晶胞。晶体中各种方位的原子面称为晶面。晶体中由原子所组成的任一直线称为晶向。晶胞XYZabc晶格常数a，b，c晶胞的分类：三斜晶系单斜晶系正交晶系六方晶系菱方晶系四方晶系立方晶系晶向指数晶向是指两点间的直线，是矢量。以晶胞的某一阵点为原点，以晶胞的晶轴为坐标轴X、Y、Z，以晶格常数作为坐标轴的长度单位。把欲确定方向指数的阵点直线平移，使其通过原点。求直线上任一阵点（最好取距离原点最近的那个阵点）的坐标分量为a、b、c。将此数化为最

3、小整数并加上方括号，即为晶向指数，写成[uvw]的形式。确定晶向的一般步骤：晶面指数⑴设晶格中，某一阵点为原点，通过该点平行于晶胞的三棱边作OX、OY、OZ三坐标轴，以晶格常数a、b、c分别作为相应的三个坐标轴上的度量单位，求出所需确定的晶面在三坐标轴上的截距；⑵将所得三截距之值变为倒数；⑶再将这三个倒数按比例化为最小整数并加上一圆括号，即为晶面指数。一般表示形式：（hkl)。确定晶面的一般步骤：1.体心立方晶格最常见的金属晶体结构：体心立方晶格,面心立方晶格,密排六方晶格-Fe、W、V、Mo等致密度：晶胞中所含原子体积与晶胞体积之比。配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距离的原子

4、数。体心立方结构的晶胞体积为a3，晶胞内含2个原子，所以它的致密度η为体心立方的配位数为8。2.面心立方晶格-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等2.面心立方晶格面心立方结构的晶胞体积为a3，晶胞内含4个原子，所以它的致密度η为面心立方结构的配位数为12。3.密排六方晶格密排六方晶格内的原子数：６个致密度：７４％配位数：１２单晶体的各向异性：同一晶体不同晶面和晶向上的各种性能不同的现象。3.2实际金属结构单晶体：一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，称这块晶体为单晶体。在一块很小的金属中也含着许多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格位向都是均匀一致的，而各个小晶体之间，彼此的位向都不相同。这种

5、小晶体的外形呈颗粒状，称为“晶粒”。晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”。在晶界处，原子排列为适应两晶粒间不同晶格位向的过度，总是不规则的。1.单晶体与多晶体金相显微组织：在金相显微镜下观察到的各种晶粒的形态、大小、分布、相对含量、颜色等情况。多晶体：实际上由多个晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。多晶体（1）每个晶粒的晶格方向一致；（2）各晶粒方位不同；（3）晶粒与晶粒之间有界面。单晶体存在各向异性，但实际的金属材料为什么并不表现出这一现象呢？思考题实际的金属材料属于多晶体结构，即实际的金属材料是由许多的晶粒组成的晶体。这些晶粒杂乱无章地堆砌时，理想的单晶体的各向异性就不能表现出来。光学金相显

6、示的纯铁晶界多晶体示意图存在原子排列的不规则性——缺陷包括：点缺陷、线缺陷、面缺陷实际晶体=理想晶体+晶体缺陷2.晶体缺陷：点缺陷：特征是在三个方向的尺寸都很小（相当于原子的尺寸），即晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化。包括以下三种：空位：晶格结点处无原子置换原子：晶格结点处被其它原子占据间隙原子：原子占据晶格间隙a.空位：晶格中某些缺排原子的空结点。b.间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，也可以是外来原子。c.置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。点缺陷形成原因：由于原子在平衡位置不停地作热振动，在任何瞬间总有一些原子的能量大到足以克服周围原子对它的束

7、缚，跳到晶界处或晶格间隙处，从而形成空位。空位间隙原子大置换原子小置换原子点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。点缺陷对金属性能的影响？空位和间隙原子引起的晶格畸变特征是在二个方向的尺寸都很小（只有几个原子间距），而第三个方向尺寸却很大（几百到几千个原子间距），甚至可以贯穿整个晶体。晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作