材料成型基础教学课件

1、1.4金属的晶体结构：1。晶体和无定形晶体其中原子(或离子分子)按照一定的规则过程在三维空间中周期性排列的物质。例如，玻璃、棉花和木材是无定形的。液态金属的原子排列没有周期性规律，也不是晶体。当凝固成固体时，原子周期性地有规律地排列，然后变成晶体。在极其快速冷却的条件下，一些金属可以获得固态非晶，即液态原子排列保持在固态。因此，无定形也被称为“过冷液体”或“金属玻璃”。1.结晶物质和无定形物质在性质上有两个主要区别：1 .前者在熔化时有固定的熔点，而后者的软化温度范围没有明显的熔点；前者是各向异性的。而后者是各向同性的。2.晶体结构和空间晶格。晶体结构是指晶体中原子(或离子、分子和原子团)在三

2、维空间中的规则和周期性重复排列。堆垛模型：假设晶体中所有的材料颗粒都是固定的钢球。图1.3(a)阵列点或节点：忽略粒子，将其抽象为纯几何点。空间点阵：由规则和周期性重复的阵列点形成的空间几何图形。晶体中原子排列示意图，2。晶体结构和空间晶格：用直线连接阵列点形成空间晶格。图1.3(b)晶胞：能反映晶格特征的最小几何单位。图1.3(c)晶格或晶格常数：单位晶胞的边长分别表示为x、y和z轴上的a、b和c。三种典型的金属晶体结构，分析晶格常数与轴间夹角的关系，分析14种空间晶格的对称度和特征，属于7个晶系，1个体心立方晶格，模型如图1.5 a=b=c =90 (1)原子半径：r=3a/4 (2)原子

3、数：在体心立方晶格中，有8个原子与最近的中心原子等距，所以体心立方晶格的配位数如果原子被认为是刚性球体，原子之间一定有间隙。原子排列的紧密度可以用原子占据的体积与细胞体积的比值来表示，这种比值称为密度或密度系数。K=nV1/V可由以下公式表示。对于体心立方晶格，K=0.68，2面心立方晶格，(1)原子半径：r=2a/4；(2)原子序数：1/8 * 8 1/2 * 6=4；(3)配位数：4 * 3=12；密度：k=0.742面心立方晶格；(1)原子半径：r= 2a/。上下底面的中心有一个原子；晶胞中有三个原子。原子半径：a/2原子序数：1/6*12 1/2*2 3=6晶格常数：正六边形边长、柱高

4、、c轴比、c/a配位数：12密度：0.74，4原子堆积方式和晶体中的间隙，(1)堆积方式：分析计算表明，12个位置的配位数最大；最大密度为0.74。因此，面心立方晶格和密排六方晶格都属于排列最紧密的晶格。晶体中原子的堆积方式和间隙(2)晶体中的间隙：体心立方：八面体间隙，被6个原子包围，平面八面体；四面体间隙，被4个原子包围，不对称。4晶体中原子的堆积方式和间隙；(2)晶体间隙：面心立方：正八面体和正四面体。八面体间隙半径为0.146a；四面体间隙半径为0.08a。密排六方晶格的八面体和四方间隙的位置不同于面心立方晶格。在晶体中，由一系列原子组成的平面称为晶体平面，任何两个原子之间连线所指向的

5、方向称为晶体方向。为了研究和表达不同晶面和取向的原子在空间中的排列和取向，有必要有一个统一的表示方法，即晶面指数和取向指数。1晶体取向指数，确定步骤：(1)确定坐标系；(2)引入有向直线；(3)在线上取一个点并找到它的坐标；(4)用写。一般来说，u，v，w用来表示晶体取向指数的一般形式。如果晶体取向指向坐标的负方向，坐标值将为负值。此时，结晶取向指数的数字将被标记为负号。1，应该指出，从结晶取向指数的确定步骤中，可以看出结晶取向指数不仅代表直线的取向，而且代表平行线族的取向，即所有平行结晶取向都具有相同的结晶取向指数。所有具有相同原子排列但不同空间取向的晶体取向称为晶体取向族，由表示。2晶面指

6、数，确定步骤：(1)确定原点在晶面外的坐标系；(2)求出晶面在各轴上的截距；(3)取倒数，取整，放在括号里。一般表达式是(h，k，l)。2晶面指数，类似于取向指数，某一晶面指数不仅代表一个特定的晶面，而且代表一组平行晶面。这样，当两个晶面的指数的数目和序列完全相同并且符号相反时，则两个晶面彼此平行，这相当于将某个晶面指数中的每个数字乘以-1。例如，(100)晶面平行于(-100)晶面，(-111)晶面平行于(1-1-1)晶面，等等。在相同的晶体结构中，虽然某些晶面在空间上有不同的取向，但它们的原子排列是完全相同的。这些晶面属于一个晶面族，它们的晶面指数用括号h，k，l表示。例如，在立方系统中：

7、 100 =(100)(010)(001) 110 =(110)(101)(011)(-110)(-101)(0-11)，3根据六边形，六边形晶格的取向指数和平面指数，这样，其晶面指数表示为(h，k，I，l)，六个柱面的指数为(10-10)，(01-10)，(-1100)，(-1100)用上述方法标定的晶面指数有四个，所以不难看出前三个指数中只有两个是独立的，它们之间有如下关系：i=-(h k)或h k i=0。当使用四个坐标轴时，它们是不同的，因为还有一个坐标轴。现在将参照图1.23解释，从原点开始，依次沿着平行于四个坐标轴的方向移动，从而最终到达待校准的方向之一。为了移动，必须选择适当的路

8、线，使得沿轴a3的移动距离等于沿轴a1a2的移动距离之和的负值。每个方向上的移动距离减少到最小正数，并添加方括号来指示该方向上的晶体取向指数。这种校准方法很麻烦。用三个坐标轴计算晶体相位指数UVW，然后按以下关系转换成四个坐标轴的晶体取向指数U，V，T，W，既方便又容易。一个带由一组平行于或相交于同一条直线的晶面组成。这组晶面称为公共能带面，直线称为能带轴。图1.24中的晶面(010)、(110)和(120)都属于一个晶带，晶带的轴为001。同一晶体带中普通带表面的法线垂直于晶体带的轴。任何两个不平行的晶面都属于同一个晶带，相交线是晶带的轴。5.晶体带例如，在立方晶体系统中，当晶体取向指数和晶面指数的数量和顺序相同时，晶体取向垂直于晶面，即晶体取向是法线方向因为它们彼此平行，所以它们必须具有以下关系：hu kv lw=0。如果这两个晶面的指数为(h1，k1，l1)和(h2，k2，l2)，则它们的晶带轴的指数u，v，w可由下式获得：U=K1L 2-K2L 1V=L1H 2-L2H1W=H1K 2-H2K 1，晶体的各向异性是由于不同晶体方向上不同的原子致密性。不同的原子紧密度意味着原子之间的距离不同，这导致原子之间的结合力不同，并且使得晶体的物理、化学和机械性质在不同的晶体取向上不同。在工业金属材料中，这种各向异性通常是看不到的。这是因为一般的固体金属是由许多晶