工程材料第二章

1、第二章 金属的晶体结构重点：金属的晶体结构金属晶体的缺陷及影响纯金属的结晶工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识一、晶体与非晶体的基本概念1. 晶体的基本概念物体内部的原子 （或分子）在三维空间中 ， 按一定规律作周期性排列的固体。晶体物质所具有的性质：固定的熔点; 各向异性等。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识一、 晶体与非晶体的基本概念2. 非晶体的基本概念工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识二、 晶体学的基本知识1. 晶格：描述晶体中原子排列规律的空间点阵格架。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识二、

2、晶体学的基本知识2. 晶胞 ：能完全反映晶格特征的最小几何单元。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识Z二、晶体学的基本知识3. 晶格常数OYbX工程材料同济大学机械与能源工程学院c2.1晶体结构的基础知识二、晶体学的基本知识4. 晶面： 在晶格中由一系列原子所构成的平面。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识二、 晶体学的基本知识5. 晶向：晶格中任意两原子之间连线所指的方向。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识三、常见的三种晶体结构1. 体心立方晶格工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识1. 体心立方晶格晶胞

3、的特征参数：a = b = c ， = = = 90晶胞中的原子数： n= 8 181= 2个原子的半径: R = 3a4原子的体积：v = 4R33致密度：K= nV原子V晶体= 0.68 = 68 %配位数 （N ） 是指晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目。N= 8（原子间的最近距离d=3 a2）工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识1. 体心立方晶格属于体心立方晶格的金属有：钠 （Na ） ; 钾 （ K） ; 铬 （Cr ） ;钼 （Mo）; 钨 （ W） ; 钒（ V） ;钽 （Ta） ; 铌 （Nb ） ; -铁（-Fe ）等 。工程材料同济大学机

4、械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识三、常见的三种晶体结构2. 面心立方晶格工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识2. 面心立方晶格晶胞的特征参数：a = b = c , = = = 90晶胞中的原子数： n=81/8+61/2= 4个原子的半径： R = 2a4原子的体积： v = 4R33致密度：K= nV原子V晶体= 0.74 = 74 %配位数（ N）： N=12 （原子间的最近距离d=2 a2 ）工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识2. 面心立方晶格属于面心立方晶格的金属有：金（ Au） ；银（Ag ) ； 铜（Cu）；铝（Al）； 镍（

5、Ni）； 铂（Pt）；铅（Pb）； -铁（-Fe）等。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识三、常见的三种晶体结构3. 密排六方晶格 （c/a = 1.633 ）工程材料同济大学机械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识3. 密排六方晶格 ( c/a = 1.633 )晶胞的特征参数： a = b = c， = = 90， = 120晶胞中的原子数：n=121/6+21/2+3 =6个原子的半径： R = a / 2原子的体积： v = 4R33致密度：K= nV原子V晶体= 0.74 = 74 %配位数（N ）：N= 12（原子间的最近距离d = a ）工程材料同济大学机

6、械与能源工程学院2.1晶体结构的基础知识3. 密排六方晶格 ( c/a = 1.633 )属于密排六方晶格的金属有:镁（Mg）; 锌（Zn） ; 镉（Cd） ; 钛（ Ti ） ; 铍 （Be ）等 。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.2实际金属的组织结构一、单晶体与多晶体的基本概念1. 单晶体的特征（1） 晶体由一个晶格排列方位完全一致的晶粒组成。（2） 晶体具有各向异性的特点。例如：单晶硅、单晶锗等。工程材料同济大学机械与能源工程学院金属名称E（MN/m2）b （MN/m2）（%）最大最小最大最小最大最小Cu191000667003461285510-Fe293000125000225

7、1588020Mg5060043900840294220202.2实际金属的组织结构一、单晶体与多晶体的基本概念2. 多晶体的特征大多数晶体的晶粒组成。多晶体：伪各向例如: 常用的金工程材料同济大学机械与能源工程学院是由许多颗晶格排列方位不相同同性。属等。镀锌钢板2.2实际金属的组织结构二、晶体缺陷1. 点缺陷工程材料同济大学机械与能源工程学院置换原子2.2实际金属的组织结构二、晶体缺陷2. 线缺陷 刃型位错、螺旋型位错工程材料同济大学机械与能源工程学院2.2实际金属的组织结构二、晶体缺陷3. 面缺陷晶界、亚晶界工程材料同济大学机械与能源工程学院2.2实际金属的组织结构三、晶体缺陷对金属性能的

8、影响晶格缺陷晶格畸变强度、硬度提高耐蚀性下降电阻增加工程材料同济大学机械与能源工程学院2.3 纯金属的结晶一、结晶的概念1. 凝固物质由液态转变成固态的过程。2. 结晶物质由液态转变成晶体的过程。物质中的原子由近程有序排列向远程有序排列的过程。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.3 纯金属的结晶一、结晶的概念3.结晶的过冷现象热分析法工程材料同济大学机械与能源工程学院2.3 纯金属的结晶结晶的过冷现象3.温度 结晶平台（是由结晶潜热导致）ToTn时间工程材料同济大学机械与能源工程学院过冷度T = T0 Tn有一定的过冷度是结晶的必要条件实际冷却曲线理论冷却曲线2.3 纯金属的结晶二、结晶的过

9、程1. 结晶规律形核长大晶体工程材料同济大学机械与能源工程学院2.3 纯金属的结晶二、结晶的过程2. 结晶方式工程材料同济大学机械与能源工程学院树枝晶等轴晶柱状晶金属的树枝晶金属的树枝晶雪花的树枝晶金属的树枝晶工程材料同济大学机械与能源工程学院2.3 纯金属的结晶二、结晶的过程3.影响晶核的形核率和晶体长大的因素工程材料同济大学机械与能源工程学院2.3 纯金属的结晶三、细化晶粒的途径1. 提高冷却速度NTV冷晶粒细小2. 变质处理3. 机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。工程材料同济大学机械与能源工程学院2.3 纯金属的结晶四、单晶体的制备工程材料同济大学机械与能源工程学院2.4 金属的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变反应式:1394 C- Fefcc912 C - Febcc - Febcc工程材料同济大学机械与能源