工程材料材料的結構

工程材料材料的結構第一頁，共四十頁，2022年，8月28日晶格與晶胞第二頁，共四十頁，2022年，8月28日2晶系：根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。90%以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：a=b=c，===90六方晶系：a1=a2=a3

c，==90，=120立方六方四方菱方正交單斜三斜晶格常數(shù)：晶胞個邊的尺寸a、b、c。各棱間的夾角用、、表示。第三頁，共四十頁，2022年，8月28日3原子半徑：晶胞中原子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。4晶胞原子數(shù)：一個晶胞內所包含的原子數(shù)目。5配位數(shù)及致密度：配位數(shù)是指晶格中與任一原子距離最近且相等的原子數(shù)目。致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分數(shù)。第四頁，共四十頁，2022年，8月28日1.體心立方晶格二、常見金屬的晶格類型第五頁，共四十頁，2022年，8月28日體心立方晶格的參數(shù)第六頁，共四十頁，2022年，8月28日體心立方晶格原子個數(shù)：2配位數(shù)：

8致密度：0.68常見金屬：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等晶格常數(shù)：a(a=b=c)原子半徑：第七頁，共四十頁，2022年，8月28日2面心立方晶格第八頁，共四十頁，2022年，8月28日面心立方晶格的參數(shù)第九頁，共四十頁，2022年，8月28日

a42r=：原子半徑原子個數(shù)：4配位數(shù)：

12致密度：0.74常見金屬：

-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等晶格常數(shù)：a面心立方晶格第十頁，共四十頁，2022年，8月28日3密排六方結構(h.c.p)第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日a21r=：原子半徑原子個數(shù)：6配位數(shù)：

12致密度：0.74常見金屬：

Mg、Zn、Be、Cd等晶格常數(shù)：底面邊長a和高c，

c/a=1.633密排六方晶格第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日三、立方晶系晶面、晶向表示方法晶體中各方位上的原子面稱晶面。各方向上的原子列稱晶向。⑴晶面指數(shù)表示晶面的符號稱晶面指數(shù)。其確定步驟為：第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日①確定原點，建立坐標系，求出所求晶面在三個坐標軸上的截距。②取三個截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，加圓括弧，形式為（hkl）。第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日⑵

晶向指數(shù)表示晶面的符號稱晶面指數(shù)。其確定步驟為：第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日①確定原點，建立坐標系，過原點作所求晶向的平行線。②求直線上任一點的坐標值并按比例化為最小整數(shù)，加方括弧。形式為[uvw]。第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日⑶

晶面族與晶向族(hkl)與[uvw]分別表示的是一組平行的晶向和晶面。指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱作晶向族或晶面族。分別用{hkl}和<uvw>表示。第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日立方晶系常見的晶面為：第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日{110}（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日立方晶系常見的晶向為：第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日<111>[111][111][111][111]XZY第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日說明：①

在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。②遇到負指數(shù)，“-”號放在該指數(shù)的上方。--③晶向具有方向性，如[110]與[110]方向相反。XZY(221)[221][110][110]第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日（四）、金屬的實際結構與晶體缺陷純鐵組織晶粒示意圖⑴單晶體與多晶體單晶體：其內部晶格方位完全一致的晶體。多晶體：晶粒：實際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱為晶粒。第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日晶界：晶粒之間的交界面。晶粒越細小，晶界面積越大。多晶體：由多晶粒組成的晶體結構。光學金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日1.點缺陷

空間三維尺寸都很小的缺陷。空位間隙原子置換原子第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日2.線缺陷—晶體中的位錯位錯：晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體發(fā)生局部滑移，滑移面上滑移區(qū)與未刃型位錯

螺型位錯滑移區(qū)的交界線稱作位錯。分為刃型位錯和螺型位錯。第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日刃型位錯和螺型位錯刃位錯的形成第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日刃型位錯：當一個完整晶體某晶面以上的某處多出半個原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個多余原子面的邊緣就是刃型位錯。半原子面在滑移面以上的稱正位錯，用“┴”表示。半原子面在滑移面以下的稱負位錯，用“┬”表示。第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日位錯密度：單位體積內所包含的位錯線總長度。=S/V(cm/cm3或1/cm2)金屬的位錯密度為104~1012/cm2位錯對性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯運動引起，因此阻礙位錯運動是強化金屬的主要途徑。減少或增加位錯密度都可以提高金屬的強度。金屬晶須退火態(tài)(105-108/cm2)

加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2)

第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日3.面缺陷—晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過度部位，寬度為5~10個原子間距，位向差一般為20~40°。第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日亞晶粒大角度和小角度晶界位錯壁亞晶粒是組成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10’~2)的小晶塊。亞晶粒之間的交界面稱亞晶界。亞晶界也可看作位錯壁。第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日二、合金的相結構合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質。組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組成合金的元素相互作用可形成不同的相。Al-Cu兩相合金黃銅第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日所謂相是指金屬或合金中凡成分相同、結構相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。顯微組織實質上是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。固態(tài)合金中的相分為固溶體和金屬化合物兩類。單相合金兩相合金第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日（一）固溶體合金中其結構與組成元素之一的晶體結構相同的固相稱固溶體。習慣以、、表示1.固溶體的分類按溶質原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。Cu-Ni置換固溶體Fe-C間隙固溶體第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日a）置換固溶體溶質原子占據(jù)溶劑晶格某些結點位置所形成的固溶體。溶質原子呈無序分布的稱無序固溶體，呈有序分布的稱有序固溶體。黃銅置換固溶體組織第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日b）

間隙固溶體溶質原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。形成間隙固溶體的溶質元素是原子半徑較小的非金屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般是過渡族元素。形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質/r劑<0.59。間隙固溶體都是無序固溶體。第三十六頁，共四十頁，2022年，8月28日2.固溶體的性能隨溶質含量增加,固溶體的強度、硬度增加,塑性、韌性下降—固溶強化。產(chǎn)生固溶強化的原因是溶質原子使晶格發(fā)生畸變及對位錯的釘扎作用。與純金屬相比，固溶體的強度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。第三十七頁，共四十頁，2022年，8月28日（二）金屬化合物合金中其晶體結構與組成元素的晶體結構均不相同的固相稱金屬化合物。金屬化合物具有較高的熔點、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成。1.

正常價化合物—符合正常原子價規(guī)律。如Mg2Si2.電子化合物—符合電子濃度規(guī)律。如Cu3Sn。

電子濃度為價電子數(shù)與原子數(shù)的比值。3.

間隙化合物—由過渡族元素與C、N、B、H等小原子半徑的非金屬元素組成。第三十八頁，共四十頁，2022年，8月28日(1).間隙相：r非/r金0.59時形成的具有簡單晶格結構的間隙化合物。如M4X(Fe4N)、M2X(Fe2N、W2C)、MX(TiC、VC、TiN)等。間隙相具有金屬特征和極高的硬度及熔點，非常穩(wěn)定。部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。VC