第二章金属与合金的晶体结构

第二章金属与合金的晶体结构第一节金属的晶体结构第二节合金的晶体结构第三节金属的实际晶体结构第一节金属的晶体结构一、晶体与非晶体1、晶体凡原子按一定规律排列的固态物质，称为晶体。(如:金刚石、石墨和一切固态金属及其合金)1）原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。2）有固定的熔点如铁的熔点1538℃，铜的熔点1083℃。3）晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性。2、非晶体及其特性(如:塑料、玻璃、沥青)

内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体。与晶体相反，没有固定的熔点；表现出各向同性。晶体与非晶体在一定条件下可互相转化。非晶体：蜂蜡、玻璃等。晶体金刚石、NaCl、冰等。原子（离子）的刚球模型二、晶体结构的基本知识1、晶格

假设原子为刚性小球，利用假想的几何线条连接起来构成一个空间格架，这种抽象的，用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架就叫晶格。晶格中的每个点称为结点。晶格中各种不同方位的原子面称为晶面。2、晶胞组成晶格的最基本几何单元称为晶胞。实际上整个晶格就是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。3、晶格常数晶胞的各棱边长为a、b、c和棱边夹角α、β、γ。其中，棱边长度称为晶格常数。。XYZabc晶格常数a，b，c三、金属特性和金属键1、金属特性在化学中，金属的特性表现在它与非金属元素发生化学反应并失去价电子；在工程技术中，金属特性表现在他具有金属光泽，一定塑性、良好的导电性与导热性以及正的电阻温度系数良好的导电性、导热性、塑性，具有金属光泽，不透明，正的电阻温度系数。这主要是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关。2、金属键金属晶体就是依靠各正离子与共有化自由电子间相互吸引而结合的方式称为金属键。

金属键模型示意图金属特性的金属键理论解释（1）因为金属是金属键结合而成的，自由电子在一定电位差下运动，就构成金属良好的导电性。（2）而这种运动又为金属所独有，同时已能传递热能，所以金属具有良好的导热性。（3）当金属原子相对位移时，正离子和自由电子仍然保持结合，因而金属可变形而不破坏，具有塑性。（4）金属中的自由电子容易吸收可见光而被激发到较高的能级，当他跳回原来能级时把吸收的可见光又重新辐射出来，因而金属不透明，有光泽。（5）金属中正离子是以某一固定位置为中心作热振动，对自由电子的流动有阻碍作用，就是金属具有电阻的原因。（6）随着温度的升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，因而金属的电阻是随温度升高而增大，即具有正的电阻温度系数。1、体心立方晶格bcc-Fe、W、V、Mo等四、常见金属晶格类型体心立方晶胞晶格常数：a=b=c；

===90晶胞原子数：2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24r3/3XYZabc2r2raa2、面心立方晶格fcc-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：4原子半径：致密度：0.74XYZabc密排方向3、密排六方晶格hcpC（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：0.74五、晶体结构致密度致密度：是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。1、

体心立方的致密度2、面于心立壮方与洲密排沙六方胃的致费密度计算汁同体仅心立才方，鞋均为0.梯74。在晶区体中歪，致县密度倦越大较，原塑子排百列就活越紧板密。酒所以些，当箭铁在院冷却晚时，劲由于县晶格规致密栗度较俊大（0.独74）的绕面心息立方遥晶格r-剑Fe转变溉为晶啊格致共密度备较小才（0.唯68）的命体心灵立方览晶格α-巾Fe，就氧会发哪生体泡积膨萍胀而峰引起努应力判和变视形。六、屋金属符晶体趟中的裳晶面亡和晶稍向XYZabc在金廊属晶而体中耽各原轿子组靠成的淡平面熄，称钩为晶面。通采过两俩个以米上原蓝子中药心连蒙线直渠线所么指方万向称爸为晶向。XYZabc立方晶格中不同方向的晶面与晶面指数具有认一定唐晶格坑类型殖金属伐，在径晶体舟的各驶个晶伯面与痕晶向黄上原伶子排灭列紧涝密程芦度是固不同艺的，放原子附间相兄互作臂用也搁就不待同，猎因而娃使晶替体在彩不同鸭方向再上性俱能就鸣有差驱异，待这就暴是金弃属晶恒体具树有各捞向异漂性的皇原因缺。立方晶格中不同晶向与晶向指数

第二懂节苗合金祖的晶疏体结爪构一、杰合金至的基些本概盟念合金摘：两种箩或两跌种以壳上的版金属煌或金店属与凑非金奶属元议素熔需合而宴成，低并具倘有金栋属特依性的壁物质动。组元商：组成玩合金李的最鲜基本辈的、喇独立闭的物贝质。例上如：刺元素蚕、稳伍定化鹊合物淡。如创，Fe躬-C合金佛中，Fe、C均为唉组元帜。相：是指规合金僚中成眠分、浆结构省均相工同的热组成持部分爆，相悼与相抬之间龙有明笼显的演界面椒。合金浇中有摇两类巧基本莫相——固溶瓦体跨和按化合煌物二、姿合金秃的相兼结构1、固瓜溶体合金痰在固释态下只，组扮元间眨仍能咳互相昂溶解杏而形残成的卸均匀捆相，刷称为固溶皂体。形成副固溶嫌体后修，晶邪格保亲持不率变的最组元暑称溶剂，晶比格消盆失的眼组元旬称溶质。固请溶体答的晶冻格类绕型与沟溶剂裹组元垮相同真。如，Fe野(C)固溶坟体。（1）固简溶体花的分万类1）置助换固恐溶体番：若溶私质原怜子代历替一茎部分诱溶剂脸原子古而占阶据溶罢剂中汇的某能些结纷点位级置，霸称为咽置换莫固溶馆体。2）间辰隙固登溶体撕：溶质侮原子下在溶疮剂晶擦格中奏并不华占据供晶格瓣结点换的位扎置，尸而是蜓在结苏点间坟的空衰隙中反，这植种形惹式的骄固溶袭体称谣为间枪隙固隔溶体怒。固溶僵体分笔类ZXY间隙原子间隙固溶体置换固溶体置换原子YXZ（2）固滨溶体众的性军能由于愿溶质袭原子粗的溶纠入，棍使固割溶体椒的晶每格发扛生畸掉变，扯变形靠抗力芳增大欲，使灭金属迹的强议度硬脏度升评高的摧现象固称为固溶贤强化。当溶药质的杂质量兄分数彩适当丹时，搞固溶墙体不透仅有庆着较由纯金等属高敞的强拼度和脸硬度科，而病且有史着好争的塑联性和弟韧性历。固溶仙强化形成琴固溶树体使朴金属介强度催和硬驶度提奶高的积现象正常篮晶格晶格熊畸变晶格柔畸变小原运子置墙换引汽起的晶格辈畸变间隙处原子苹引起顽的晶格炮畸变2、金副属化谨合物金属肿化合佩物是合沸金组贤元间染发生楼相互券作用凳而生袖成的繁一种岭新相丘，其留晶格塞类型距和性雅能不重同于去其中喷任一怪组元拜，因打此性研能也骂不同防于组桌元。（1）金舌属化聋合物会的分走类1）正常泛价化殃合物——这类例金属刊化合乡丰物通猛常由卧金属侮元素河与周贿期表虽中第IV、V、Ⅵ族的炊元素营组成临的。贫例如Mg庄S、Mn积S、Mg兴2S景i等，主其分铁子式反符合唇原子庭价规评律，预并且恭成分陶是固钥定不朴变的桃。2)电子屠化合画物——这类但金属解化合妇物是辆按一痛定电夫子浓撒度组叼成的路具有艘一定攻晶格匙类型点的化勾合物。电子叔浓度C为化园合物妄中的殖价电则子数幻玉与原拌子数踪蝶之间遍的比发值，过即：C电=价电喜子数/原子距数3)间隙满化合断物——间隙臭化合怀物一民般是催由原亦子直链径较科大的挑过渡计族金范属元伐素（Fe、Cr、Mo、W、V等）麦与原圣子直外径较游小的收非金筹属元射素（H、C、N、B等）机组成略。间隙优化合汗物桑轨中分宣为两带类，庭一类矩是具捡有简巨单晶她格形视式的树间隙箩化合盏物。洲如VC、WC、TI陶C等。另一攻类是张具有魂复杂醉结构副的间战隙化周合物腥，如Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、Fe4W2C等枕。VC的晶沿体结嘱构Fe3C的晶饼体结欣构Fe3C是铁吐碳合惜金中智的一斑种重岩要间港隙化苍合物苏，其绿碳原澡子与腥铁原纤子的狭半径婆之比台为0.洋63。（2）金甜属化蔑合物勾的性急能金属屡化合租物的选熔点涌一般顽较高贤，具葵有较藏高硬狮度，旋但脆胶性较尸大。许当它驰呈细航小颗姑粒均哪匀分乓布在开固溶播体基渠体上检时，逢将使说合金潜的强侧度、笔硬度危及耐狠磨性住明显殿提高村，这亚一现准象称何为弥散抢强化。因良此，妈金属燃化合说物在霉合金影中作泽为强议化相撒存在社，它协是许震多合馋金钢悦、有为色金循属和照硬质艘合金镜的重秒要组合成相次。第三温节金林属的发实际归晶体钓结构一、亲单晶父体与叔多晶其体单晶红体：晶体秃内部献的晶典格方繁位完糊全一升致，预这晶乳体称吹为单查晶体桶。如单迈晶Si半导网体。多晶值体：这种图实际塑上由墙许多肯晶粒恒组成喊的晶毙体称槽为多钥晶体叙。其中裕每个让小晶贯体的捷外形多为胁不规侦则的限颗粒贼，通常称旅为晶粒。晶粒肝与晶尊粒之明间的掏界面称为晶界枝。晶粒（单晶体）二、泰晶体毙的缺庄陷晶体保中原笼子完抚全为仅规则想排列菜时，茧称为理想社晶体。实际垂上，国金属娃由于环多种泛原因桶的影丽响，僚内部疑总是慨存在梨着大章量缺钟陷。根据晴晶体戚缺陷房诚的几后何特紧点，晕常分短为：点缺妥陷：园空位君、间生隙原涨子、展异类会原子线缺谎陷：短位错面缺扛陷：首晶界最与亚尊晶界1、点亩缺陷夹：点缺使陷是指冒长、抓宽、件高尺境寸都削很小缠的缺甜陷。放常见次的点吸缺陷蜜是空糠位和促间隙热原子呜。如果是间隙骂原子洞是其销它元窗素就混称为:异类米原子（杂胜质原字子）空位间隙林原子置换尼原子在空揉位和确间隙医原子荒附近阁，由铁于原喉子间借作用粒力的字平衡击被破槽坏，前使周脱围原朱子发赔生靠副拢或顶撑开房诚，因然此，掩发生贵晶格梨畸变联，使陷金属穷的强遇度提栽高，羽塑性毙下降。正刃猛位错负刃编位错2、线铺缺陷—刃型物位错线缺叉陷是在货空间职的一恒个方建向上抚尺寸