金属材料学必考重点.doc

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1、二近代物理学的观点认为，处于凝聚态的金属原子，全部或大部将它们的价电子贡献出来，为其整个原子集体所公有，称之为电子云或电子气。贡献出价电子的原子，则变为正离子，沉浸在电子云中，它们依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式叫做金属键，它没有饱和性和方向性。固体金属根据其原子排列特点可以分为三类：晶体金属、非晶金属和准晶金属晶体结构指晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式晶格——用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（原子中心）称结点。由结点形成的空间点的阵列称空

2、间点阵。晶胞——能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。晶格常数——取晶胞角上某一结点作为原点，沿其三条棱边作为三个坐标轴X、Y、Z，称为晶轴，以棱边长度a、b、c和棱面夹角α、β、γ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Å最典型最常见的有三种类型，即体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。前两者属于立方晶系，后者属于六方晶系。体心立方结构的晶胞模型如图所示。晶胞的三个棱边长度相等，三个轴间夹角均为90°，构成立方体。除了在晶胞的八个角上各有一个原子外，在立方体的中心还有一个原子面心立方结构的晶胞如图所

3、示。在晶胞的八个角上各有一个原子，构成立方体，在立方体六个面的中心各有一个原子密排六方结构的晶胞如图所示。在晶胞的12个角上各有一个原子，构成六方柱体，上底面和下底面的中心各有一个原子，晶胞内还有三个原子在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。为了便于研究和表述不同晶面和晶向的原子排列情况及其在空间的位向，需要有一种统一的表示方法，这就是晶面指数和晶向指数。原子排列完全相同的晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别用{hkl}和表示原子的紧密程度不同，意味着原子之间的距离

4、不同，则导致原子间结合力不同，从而使晶体在不同晶向上的物理、化学和力学性能不同，即无论是弹性模量、断裂抗力、屈服强度，还是电阻率、磁导率、线膨胀系数以及在酸中的溶解速度等方面都表现出明显的差异。具有两种或几种晶体结构，即具有多晶型或同素异构当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变。晶体缺陷不但对金属及合金的性能，其中特别是那些对结构敏感的性能，如强度、塑性、电阻等产生重大的影响，而且还在扩散、相变、塑性变形和再结晶等过程中起着重要作用点缺陷其特征是三个方

5、向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，例如空位、间隙原子等。线缺陷其特征是在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大。属于这一类的主要是位错。面缺陷其特征是在一个方向上的尺寸很小，另外两个方向上的尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界等。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。位错有多种类型，其中最简单、最基本的类型有两种：一种是刃型位错，另一种是螺型位错位错是一种极为重要的晶体缺陷，它对于金属的强度、断裂和塑性变形等起着决定性的作用刃型位错设有一简单立方晶体，某一原

6、子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是一个刃型位错，犹如用一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开，沿切口硬插入一额外半原子面一样，将刃口处原子列称之为刃型位错线刃型位错具有以下几个重要特征：1）刃型位错有一额外半原子面。2）位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变。对于正刃型位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面之下为拉应力。负刃型位错与此相反。3）位错线与晶体的滑移方向相垂直，位错线运动的方向垂直于位错线螺型位错设想在立方晶体右端施加一切应力，使右端上下两部分沿滑移面发生了一个

7、原子间距的相对切变，于是就出现了已滑移区和未滑移区的边界BC，BC就是螺型位错线。由于位错线附近的原子是按螺旋形排列的，所以这种位错叫做螺型位错。螺型位错具有以下重要特征:1）螺型位错没有额外半原子面。2）螺型位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变。3）位错线与晶体的滑移方向平行，位错线运动的方向与位错线垂直。柏氏矢量柏氏矢量是描述位错实质的一个很重要的标志，它集中地反映了位错区域内畸变总量的大小和方向位错对金属材料性能的影响金属的塑性变形主要由位错运动引起，阻碍位错运动是强化金属

8、的主要途径。减少或增加位错密度都可以提高金属的强度实际晶体中经常含有大量的位错，通常把单位体积中所包含的位错线的总长度称为位错密度另一个定义是：穿过单位截面积的位错线数目，单位也是cm-2。晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶粒间界，简称晶界。当相邻晶粒的位向差小于10°时，称为小角度晶界；位向差大于10°时，称为大角度晶