金属与合金的晶体结构课件

1、第二章 金属与合金的晶体结构教 学 要 求:了解和掌握金属与合金的晶体结构、晶体缺陷，以及合金的相结构为以后的学习奠定基础 第二章 金属与合金的晶体结构材料性能的决定因素： 化学成分、内部组织和状态。化学成分是改变性能的基础组织是性能变化的根据 第二章 金属与合金的晶体结构2.1 纯金属的晶体结构2.2 合金的晶体结构2.3 实际金属的晶体结构本 章 小 结本 章 重 点:合金的相结构、金属的晶体缺陷2.1 纯金属的晶体结构一、晶体结构的基本知识1、晶体与非晶体固态物质按原子（或分子）的聚集不同分为两类：晶 体 原子具有规则排列的物质非 晶 体 原子不具有规则排列的物质2.1 纯金属的晶体结构

2、一、晶体结构的基本知识1、晶体与非晶体晶体的三个特征：（1）晶体中的原子（或分子）在三维空间作有规则的周期性的重复排列，因此晶体具有规则的外形（2）固定的熔点（3）在不同的方向上具有不同的性能，即具有各向异性。（铁为1538、铝为660、铅327.5 、金刚石3550 、石墨3652 ）；（如：Mg的电阻率在不同方向上有4.5103m和3.8103m两种2.1 纯金属的晶体结构一、晶体结构的基本知识1、晶体与非晶体金属晶体特性：导电性导热性延展性金属光泽2.1 纯金属的晶体结构一、晶体结构的基本知识2、晶格和晶胞 将晶体中的原子或离子看作为固定的刚球晶格：把刚球看成是一个结点 ，用假想的线条把

3、将结点连接起来构成的空间格子称为晶格。假设2.1 纯金属的晶体结构一、晶体结构的基本知识2、晶格和晶胞晶胞：从周期性变化的空间晶格中取出一个反映点阵特性的基本单元（通常是平行六面体）作为其组成单元，这个单元称为晶胞。 2.1 纯金属的晶体结构一、晶体结构的基本知识2、晶格和晶胞晶胞的描述：晶格常数：a、b、c、2.1 纯金属的晶体结构二、金属中常见的晶格类型体心立方面心立方密排六方2.1 纯金属的晶体结构二、金属中常见的晶格类型1、体心立方a=b=c=90如： -铁、铬、钼、铌、钒、钾等2.1 纯金属的晶体结构二、金属中常见的晶格类型2、面心立方a=b=c=90如： -铁、铜、金、铅、铝、银、

4、铱等2.1 纯金属的晶体结构二、金属中常见的晶格类型3、密排六方如： 镁、锌、钴、钛等第二章 金属与合金的晶体结构2.1 纯金属的晶体结构2.2 合金的晶体结构2.3 实际金属的晶体结构本 章 小 结2.2 合金的晶体结构一、合金的基本概念1、合金 2、组元由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素熔合在一起，形成具有金属特性的物质组成合金的独立的、最基本的单元纯金属或稳定化合物2.2 合金的晶体结构一、合金的基本概念3、合金系 4、相由二个或二个以上的组元按不同的含量配制的一系列不同成分的合金，称为一个合金系，简称系合金中凡是结构、成分和性能相同并且与其它部分有界面分开的均匀组成部分

5、组织，是指用肉眼或借助显微镜观察到的具有某种形态特征的合金组成物。如：晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列等微观组织。相与组织的区别2.2 合金的晶体结构二、合金的相结构根据组元间相互作用不同， 固溶体 金属化合物固态合金的相结构固溶体合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相金属化合物各组元的原子按一定的比例相互作用生成的晶格类型和性能完全不同于任一组元，并且有一定金属性质的新相2.2 合金的晶体结构二、合金的相结构1、固溶体：合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相固溶体的晶格类型与其中某一组元的晶格类型相同 固溶体的溶剂 其它组元 溶质根据溶质原子在溶剂晶格结点所占据的位置固溶体

6、分 置换固溶体 间隙固溶体置换固溶体溶质原子占据了部分溶剂晶格的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体 。间隙固溶体溶质原子分布在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体2.2 合金的晶体结构二、合金的相结构1、固溶体：置换固溶体：溶质原子占据了部分溶剂晶格的结点位置而形成的固溶体，当溶剂和溶质的原子半径比较接近时容易形成 根据固溶体中溶质原子的溶解情况， 有限固溶体 无限固溶体置换固溶体有限固溶体溶质原子在溶剂中的溶解量受到限制，只能部分占据溶剂晶格的结点位置无限固溶体 两组元可以按任意比例相互溶解，即溶质原子能无限制地占据溶剂晶格的结点。2.2 合金的晶体结构若两组元晶格类型相同，原子半径相近，在周期表中

7、临近，则有能形成无限固溶体什么情况下会形成无限固溶体？-铁和铬晶格均为体心立方铜和镍面心立方2.2 合金的晶体结构二、合金的相结构1、固溶体置换固溶体有限固溶体，其固溶度与温度有关： 温度高，固溶度高 温度低，固溶度低高温下已经饱和的有限固溶体冷却时，会析出其它结构的产物2.2 合金的晶体结构二、合金的相结构1、固溶体间隙固溶体：溶质原子分布在溶剂晶格的间隙中有限固溶体，固溶度取决于溶剂晶格类型、间隙原子的大小形成条件：溶质原子半径溶剂原子半径0.59溶质原子很小，一般是原子半径很小的非金属元素如：H、N、B、C、OC在-Fe中的溶解度为0.02%， 在-Fe中为2.06%，N在-Fe中的溶解

8、度为0.095%， 在-Fe中为2.8%，C的原子半径0.077nmN为0.071nm2.2 合金的晶体结构二、合金的相结构1、固溶体由于溶质原子溶入溶剂晶格后，将引起晶格畸变，晶格常数发生变化；原子尺寸相差大化学性质不同强度 这种由于溶质原子的溶入，使基体金属（溶剂）的强度、硬度升高的现象就叫固溶强化畸变增大变形的抗力增大硬度升高，塑、韧性降低如：在低合金钢中利用 Mn,Si 等元素来强化铁素体 2.2 合金的晶体结构二、合金的相结构2、金属化合物如：ZnS、CuZn、Fe3C组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组成的物质金属化合物的熔点较高，性能硬而脆。当合金中出现金属化合物时，通常能提

9、高合金的强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。金属化合物是各类合金钢硬质合金和许多有色金属的重要组成相，常作为强化相来发挥作用。第二章 金属与合金的晶体结构2.1 纯金属的晶体结构2.2 合金的晶体结构2.3 实际金属的晶体结构本 章 小 结2.3 实际金属的晶体结构单晶体是指具有一致结晶位向的晶体 (特殊方法才能得到 ) ，表现出各向异性。一、实际金属的多晶体结构实际的金属都是由许多结晶位向不同的单晶体组成的聚 合体，称为多晶体。每一个小的单晶体叫做晶粒晶粒与晶粒之间的界面叫做晶界伪各向异性2.3 实际金属的晶体结构二、金属的晶体缺陷按照缺陷的几何特征，可分为以下三类： 空位和间隙原子 位

10、错 晶界和亚晶界什么是晶体缺陷？晶体内部由于结晶条件或加工等方面的影响，使原子排列规则受到破坏，表现出原子排列的不完整性2.3 实际金属的晶体结构二、金属的晶体缺陷1、空位和间隙原子在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占有，在晶格中便出现了空的结点，这种空着的晶格结点称为晶格空位不占据正常晶格位置而处在晶格空隙中的原子，称为间隙原子晶格空位间隙原子畸变应力强度提高运动扩散2.3 实际金属的晶体结构二、金属的晶体缺陷2位错 （线缺陷）位错晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。刃型位错是金属晶体中最常见且最简单的位错当晶体中有一个原子平面中断在晶体内部时，这个原子平面就像一

11、把刀插在一个完整的晶体内，原子平面中断处的边缘(称为位错线)就像刀刃，这种位错称为刃型位错原子错排在位错线周围应力强度提高2.3 实际金属的晶体结构二、金属的晶体缺陷3晶界和亚晶界（面缺陷）多晶体中，晶粒之间存在着晶界。晶界上原子的排列是不规则的，并受到相邻晶粒位向的影响而取折衷位置晶界处能量高晶界处杂质多易被腐蚀，熔点也比晶内低阻碍位错的运动不易发生塑性变形2.3 实际金属的晶体结构二、金属的晶体缺陷3晶界和亚晶界（面缺陷）亚晶界实际上是由一系列刃型位错所形成的小角度晶界，处于晶粒内部由于亚晶界处原子排列同样要产生晶格畸变，因而亚晶界对金属性能有着与晶界相似的影响本 章 小 结纯金属常见的晶格结构分为 体心立方 面心立方 密排六方合金中的相结构分为 固溶体：固溶强化 金属化合物：硬而脆可作为强化相晶体缺陷，按晶格缺陷的几何特征可分为 点缺陷空位和间隙原子 线缺陷位错 面缺陷晶界和亚晶界置换固溶体间隙固溶体习 题 2-1 什么是晶体? 晶体的主要性能是什么? 2-2 解释下列概念：晶格、晶胞、晶格常数、