第二章金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

1、第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬材料的應(yīng)用金屬材料的應(yīng)用金屬材料的性能金屬材料的性能金屬材料的結(jié)構(gòu)金屬材料的結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶p金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶n純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)n實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)n純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶n同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變n晶粒大小及其控制晶粒大小及其控制第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)n 晶體晶體 指原子（更確切地說是離子）按一定幾何形狀作有規(guī)律指原子（更確切地說

2、是離子）按一定幾何形狀作有規(guī)律 重復(fù)排列的物體。重復(fù)排列的物體。n 非晶體非晶體 內(nèi)部原子無規(guī)則排列的固態(tài)物體。內(nèi)部原子無規(guī)則排列的固態(tài)物體。第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶純鐵純鐵純銅純銅純鋁純鋁晶體晶體玻璃玻璃瀝青瀝青松香松香非晶體非晶體 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶體與非晶體的差異及相互轉(zhuǎn)化晶體與非晶體的差異及相互轉(zhuǎn)化 性能上區(qū)分：性能上區(qū)分：熔點(diǎn)、各向同異性；熔點(diǎn)、各向同異性； 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：非晶體金屬、玻璃纖維等非晶體金屬、玻璃纖維等 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體

3、結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶格晶格 在研究晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，為了便于分析各種晶體中原子排列規(guī)律在研究晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，為了便于分析各種晶體中原子排列規(guī)律和幾何形狀，通常把組成晶體的每一個(gè)原子視為一個(gè)幾何結(jié)點(diǎn)，和幾何形狀，通常把組成晶體的每一個(gè)原子視為一個(gè)幾何結(jié)點(diǎn)，并用假想的幾何直線把各結(jié)點(diǎn)中心連接起來，便形成一個(gè)三維空并用假想的幾何直線把各結(jié)點(diǎn)中心連接起來，便形成一個(gè)三維空間格架。這種間格架。這種抽象的用于描述原子在晶體中排列方式的三維空間抽象的用于描述原子在晶體中排列方式的三維空間格架，稱為結(jié)晶格子，簡(jiǎn)稱晶格格架，稱為結(jié)晶格子，簡(jiǎn)稱

4、晶格。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶格晶格 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)晶體模型和晶格示意圖晶體模型和晶格示意圖第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶胞晶胞 在晶格中選取一個(gè)在晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的、最小的幾能夠完全反映晶格特征的、最小的幾何單元何單元來表示原子排列規(guī)律，這個(gè)最小的幾何單元來表示原子排列規(guī)律，這個(gè)最小的幾何單元稱為晶胞稱為晶胞。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體

5、結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶格常數(shù)晶格常數(shù) 在晶體學(xué)中，通常取晶胞角上某一結(jié)點(diǎn)，其在晶體學(xué)中，通常取晶胞角上某一結(jié)點(diǎn)，其3條棱邊作為條棱邊作為3個(gè)坐標(biāo)軸個(gè)坐標(biāo)軸X，Y，Z，稱為晶軸，而且規(guī)定在坐標(biāo)原點(diǎn)的前、，稱為晶軸，而且規(guī)定在坐標(biāo)原點(diǎn)的前、后、上方為軸的正方向，反之為負(fù)，并以棱邊長(zhǎng)度后、上方為軸的正方向，反之為負(fù)，并以棱邊長(zhǎng)度a、b、c和棱面間的夾角和棱面間的夾角、來表示晶胞的形狀和大小，其中來表示晶胞的形狀和大小，其中棱棱邊長(zhǎng)度稱為晶格常數(shù)邊長(zhǎng)度稱為晶格常數(shù)，其大小常以，其大小常以（埃）為計(jì)量單位（埃）為計(jì)量單位（1 =110-8cm）

6、。）。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶格常數(shù)晶格常數(shù) 各種晶體物質(zhì)構(gòu)成的原子不同，構(gòu)成的各種晶體物質(zhì)構(gòu)成的原子不同，構(gòu)成的晶格形式、晶格常數(shù)會(huì)有所不同，于是晶格形式、晶格常數(shù)會(huì)有所不同，于是便表現(xiàn)出不同的物理、化學(xué)和力學(xué)特性。便表現(xiàn)出不同的物理、化學(xué)和力學(xué)特性。 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶系晶系 按晶胞棱邊長(zhǎng)度和夾角的不同將晶體的基本類型歸納按晶胞棱邊長(zhǎng)度和夾角的不同將晶體的基

7、本類型歸納成的晶體系列，稱為晶系。成的晶體系列，稱為晶系。晶系構(gòu)成示意圖晶系構(gòu)成示意圖 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)n 常用金屬材料晶系常用金屬材料晶系 立方立方正方正方六方六方斜方斜方金屬中，原子總是具有趨于最緊密排列的傾向，使晶格金屬中，原子總是具有趨于最緊密排列的傾向，使晶格的排列組合形式大為減少，常常形成具有高度對(duì)稱性的的排列組合形式大為減少，常常形成具有高度對(duì)稱性的比較簡(jiǎn)單的幾何形式比較簡(jiǎn)單的幾何形式p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體

8、的基本知識(shí)晶體的基本知識(shí)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶除鉍、銻、鍺、鎵等類金屬為共價(jià)鍵結(jié)合外，其他金屬主要是金屬鍵結(jié)合除鉍、銻、鍺、鎵等類金屬為共價(jià)鍵結(jié)合外，其他金屬主要是金屬鍵結(jié)合n 金屬的特性和金屬鍵金屬的特性和金屬鍵 帶負(fù)電的自由電帶負(fù)電的自由電 子與帶正電的的金屬正子與帶正電的的金屬正離子之間產(chǎn)生靜電吸引力，使離子之間產(chǎn)生靜電吸引力，使金屬原子結(jié)合在一起，這就金屬原子結(jié)合在一起，這就 是金屬鍵結(jié)合的本質(zhì)是金屬鍵結(jié)合的本質(zhì)n良好的導(dǎo)電性、良好的導(dǎo)電性、 導(dǎo)熱性和塑性導(dǎo)熱性和塑性n具有金屬光澤具有金屬光澤n正的電阻溫度正的電阻溫度 系數(shù)系數(shù)金屬特性金屬特性金屬原子間的結(jié)合金屬原子間的結(jié)合鍵稱

9、為金屬鍵。鍵稱為金屬鍵。金屬鍵金屬鍵金屬鍵示意圖金屬鍵示意圖 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶體心立方晶格體心立方晶格n 常見金屬晶體結(jié)構(gòu)常見金屬晶體結(jié)構(gòu) 晶胞模型晶胞模型晶格類型晶格類型剛性模型剛性模型晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a=b=c棱面間夾角：棱面間夾角： =90屬于該類晶格的常見金屬有屬于該類晶格的常見金屬有:-Fe(1394 )、Cr、W、Mo、V等等 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶面心立

10、方晶格面心立方晶格n 常見金屬晶體結(jié)構(gòu)常見金屬晶體結(jié)構(gòu) 晶胞模型晶胞模型晶格類型晶格類型剛性模型剛性模型晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a=b=c棱面間夾角：棱面間夾角： =90屬于該類晶格的常見金屬有屬于該類晶格的常見金屬有: -Fe(912 -1394 )、Cu、Al、Ni、Pb、Au、Ag等等 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶密排六方晶格密排六方晶格n 常見金屬晶體結(jié)構(gòu)常見金屬晶體結(jié)構(gòu) 晶胞模型晶胞模型晶格類型晶格類型剛性模型剛性模型晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng)底面邊長(zhǎng) a 和高和高 c， c/a=1

11、.6331.899棱面間夾角：棱面間夾角： = =60 =90屬于該類晶格的常見金屬有屬于該類晶格的常見金屬有: Mg、Zn、 Be、Cd等等 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶體的各向異性晶體的各向異性 在晶體中，由于各個(gè)晶面和晶向上原子排列密度不同，使原子間的相互在晶體中，由于各個(gè)晶面和晶向上原子排列密度不同，使原子間的相互作用力也不相同。因此在同一單晶體內(nèi)不同晶面和晶向上的性能也是不同。作用力也不相同。因此在同一單晶體內(nèi)不同晶面和晶向上的性能也是不同。這種現(xiàn)象稱為晶體的各向異性這種現(xiàn)象

12、稱為晶體的各向異性。 立方晶系不同晶面和晶向原子排列示意圖立方晶系不同晶面和晶向原子排列示意圖l晶面晶面 晶體學(xué)中，通過晶體中原子中心晶體學(xué)中，通過晶體中原子中心 的平面的平面l晶向晶向 通過原子中心的直線所代表的方向通過原子中心的直線所代表的方向 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶體的各向異性晶體的各向異性 l產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同l影響影響 不論在物理、化學(xué)還是力學(xué)性能方面，即不論在彈性模量、破斷抗力不論在物理、化學(xué)

13、還是力學(xué)性能方面，即不論在彈性模量、破斷抗力 、屈服強(qiáng)度、或電阻率、磁導(dǎo)率、線脹系數(shù)，還是在酸中的溶解速度、屈服強(qiáng)度、或電阻率、磁導(dǎo)率、線脹系數(shù)，還是在酸中的溶解速度 等許多方面都會(huì)表現(xiàn)出不同等許多方面都會(huì)表現(xiàn)出不同l指導(dǎo)意義指導(dǎo)意義 指導(dǎo)生產(chǎn)，獲得性能優(yōu)異的產(chǎn)品指導(dǎo)生產(chǎn)，獲得性能優(yōu)異的產(chǎn)品 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)n 單晶體單晶體 晶體材料內(nèi)部位向完全一致的晶體晶體材料內(nèi)部位向完全一致的晶體n 多晶體多晶體 由許多晶格位向不同的小晶體構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)

14、，稱為多由許多晶格位向不同的小晶體構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)，稱為多 晶體晶體單晶體晶面示意圖單晶體晶面示意圖多晶體晶面示意圖多晶體晶面示意圖多晶體多晶體 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 晶粒晶粒 多晶體中每個(gè)外形不規(guī)則的顆粒狀的多晶體中每個(gè)外形不規(guī)則的顆粒狀的小晶體小晶體n 晶界晶界 晶粒與晶粒間的交界晶粒與晶粒間的交界多晶體的晶粒和晶界示意圖多晶體的晶粒和晶界示意圖晶粒晶粒晶界晶界p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)多晶體多晶體 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 晶界示意圖晶界示意圖 亞晶界示意圖亞晶界示意圖n 亞晶粒亞

15、晶粒 晶粒內(nèi)部晶格位向差小于晶粒內(nèi)部晶格位向差小于2、3的更小的晶塊的更小的晶塊n 亞晶界亞晶界 亞晶粒間的過渡區(qū)亞晶粒間的過渡區(qū)p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)多晶體多晶體 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 顯微組織顯微組織 在顯微鏡下所觀察到的金屬中各種晶粒的大小、形態(tài)和分布在顯微鏡下所觀察到的金屬中各種晶粒的大小、形態(tài)和分布 圖像，稱為顯微組織（也叫金相組織）圖像，稱為顯微組織（也叫金相組織）純鐵的顯微組織照片純鐵的顯微組織照片p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)多晶體多晶體 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)

16、與結(jié)晶n 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷n 線缺陷線缺陷n 面缺陷面缺陷 晶體內(nèi)部存在的原子不規(guī)則排列區(qū)域晶體內(nèi)部存在的原子不規(guī)則排列區(qū)域p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 指晶體空間中，在長(zhǎng)、寬、高三維尺度上都很小的、不超過指晶體空間中，在長(zhǎng)、寬、高三維尺度上都很小的、不超過 幾個(gè)原子直徑的缺陷幾個(gè)原子直徑的缺陷點(diǎn)缺陷示意圖點(diǎn)缺陷示意圖p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 點(diǎn)缺陷的形成點(diǎn)缺陷的形成 p實(shí)際金屬的晶

17、體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶空位空位間隙原子間隙原子小置換原子小置換原子大置換原子大置換原子n 點(diǎn)缺陷的影響點(diǎn)缺陷的影響 p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，引起周圍晶格產(chǎn)生畸變，阻礙原子的移動(dòng)，點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，引起周圍晶格產(chǎn)生畸變，阻礙原子的移動(dòng)，必需施加更大的外力才能使其結(jié)構(gòu)改變，從而使強(qiáng)度、硬度提高，塑性、必需施加更大的外力才能使其結(jié)構(gòu)改變，從而使強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降韌性下降第二章 金屬的晶體結(jié)

18、構(gòu)與結(jié)晶n 線缺陷線缺陷 指晶體的某一平面上，沿著某一方向伸展開來呈線狀分布的缺陷指晶體的某一平面上，沿著某一方向伸展開來呈線狀分布的缺陷l特征特征 在一個(gè)方向上的尺寸很長(zhǎng)，而另兩個(gè)方向的尺寸則很短在一個(gè)方向上的尺寸很長(zhǎng)，而另兩個(gè)方向的尺寸則很短l主要形式主要形式 位錯(cuò)位錯(cuò)（在晶體中的某處有一列或若干列原子，發(fā)生了某種規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象）（在晶體中的某處有一列或若干列原子，發(fā)生了某種規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象）p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶刃型位錯(cuò)示意圖刃型位錯(cuò)示意圖n 線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) l刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 當(dāng)

19、一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出半個(gè)原子面，該晶面象當(dāng)一個(gè)完整晶體某晶面以上的某處多出半個(gè)原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多余原子面的邊緣就是刃型位錯(cuò)刀刃一樣切入晶體，這個(gè)多余原子面的邊緣就是刃型位錯(cuò)p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶l刃型位錯(cuò)形成示意圖刃型位錯(cuò)形成示意圖 n 線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 刃型位錯(cuò)的形成刃型位錯(cuò)的形成刃型位錯(cuò)滑移刃型位錯(cuò)滑移_ _立體圖立體圖p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)刃型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)示意圖刃型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)

20、示意圖第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶l刃型位錯(cuò)示意圖和金相圖片刃型位錯(cuò)示意圖和金相圖片 刃型位錯(cuò)的金相照片刃型位錯(cuò)的金相照片p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)n 線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶螺型位錯(cuò)示意圖螺型位錯(cuò)示意圖l螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò) 晶體右前邊的點(diǎn)相對(duì)于左邊的點(diǎn)向下錯(cuò)動(dòng)一個(gè)原子間距，即右邊晶體右前邊的點(diǎn)相對(duì)于左邊的點(diǎn)向下錯(cuò)動(dòng)一個(gè)原子間距，即右邊前部相對(duì)于左部晶面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。若將錯(cuò)動(dòng)區(qū)的原子用線連接起來，則前部相對(duì)于左部晶面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。若將錯(cuò)動(dòng)區(qū)的原子用線連接起來，則具有螺旋型特征，這種線缺陷稱螺型位錯(cuò)具有螺旋型

21、特征，這種線缺陷稱螺型位錯(cuò)p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)n 線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶l孿晶孿晶 晶體中兩晶塊以特定的取向關(guān)系相交接，構(gòu)成晶體結(jié)構(gòu)所不具備晶體中兩晶塊以特定的取向關(guān)系相交接，構(gòu)成晶體結(jié)構(gòu)所不具備的（但常常是接近原有的）對(duì)稱關(guān)系時(shí)，這樣的一對(duì)連生晶塊稱為孿的（但常常是接近原有的）對(duì)稱關(guān)系時(shí)，這樣的一對(duì)連生晶塊稱為孿晶晶孿晶與位錯(cuò)交互作用金相照片孿晶與位錯(cuò)交互作用金相照片孿晶示意圖孿晶示意圖n 線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的

22、晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶透射電鏡下鈦合金中的位錯(cuò)線透射電鏡下鈦合金中的位錯(cuò)線( (黑線黑線) )高分辨率電鏡下的刃型位錯(cuò)高分辨率電鏡下的刃型位錯(cuò)（白點(diǎn)為原子）（白點(diǎn)為原子）p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)n 線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶l位錯(cuò)的影響位錯(cuò)的影響 u不論刃型位錯(cuò)還是螺型位錯(cuò)，以位錯(cuò)線為中心的管道區(qū)周圍晶格都發(fā)不論刃型位錯(cuò)還是螺型位錯(cuò)，以位錯(cuò)線為中心的管道區(qū)周圍晶格都發(fā)生了畸變。生了畸變。u在相應(yīng)的外部條件下，刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)均可在晶體中進(jìn)行不同形在相應(yīng)的外部條件下，刃

23、型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)均可在晶體中進(jìn)行不同形式的運(yùn)動(dòng)。式的運(yùn)動(dòng)。u位錯(cuò)在晶體中的存在及其密度變化，對(duì)金屬的性能如強(qiáng)度、塑性、疲位錯(cuò)在晶體中的存在及其密度變化，對(duì)金屬的性能如強(qiáng)度、塑性、疲勞、蠕變以及原子擴(kuò)散、相變等許多結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化都將起著重要的影響。勞、蠕變以及原子擴(kuò)散、相變等許多結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化都將起著重要的影響。u由于線缺陷的影響面比點(diǎn)缺陷大的多，因此對(duì)材料性能的影響也大的由于線缺陷的影響面比點(diǎn)缺陷大的多，因此對(duì)材料性能的影響也大的多。多。p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)n 線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶l位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度

24、 單位體積晶體中位錯(cuò)的總長(zhǎng)度單位體積晶體中位錯(cuò)的總長(zhǎng)度或者是通過或者是通過1cm2面積的位錯(cuò)數(shù)目面積的位錯(cuò)數(shù)目金屬的抗拉強(qiáng)度與其中位錯(cuò)密度的關(guān)金屬的抗拉強(qiáng)度與其中位錯(cuò)密度的關(guān)系系p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)n 線缺陷線缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 面缺陷面缺陷 指晶體空間中，在兩個(gè)方向的尺寸很大，而第三個(gè)方向的指晶體空間中，在兩個(gè)方向的尺寸很大，而第三個(gè)方向的 尺寸很小而呈面狀分布的缺陷尺寸很小而呈面狀分布的缺陷晶界晶界 亞晶界亞晶界 孿晶界孿晶界 面缺陷面缺陷（主要類型）（主要類型）p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際

25、金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 面缺陷面缺陷 l晶界晶界 晶界模型（位相差晶界模型（位相差15）晶界特性晶界特性u(píng)當(dāng)金屬暴露在腐蝕環(huán)境里，晶界容易被腐蝕當(dāng)金屬暴露在腐蝕環(huán)境里，晶界容易被腐蝕u晶界處的熔點(diǎn)較晶粒內(nèi)低晶界處的熔點(diǎn)較晶粒內(nèi)低u當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，晶界處是優(yōu)先成核當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，晶界處是優(yōu)先成核u原子在晶界上擴(kuò)散比在晶粒內(nèi)快原子在晶界上擴(kuò)散比在晶粒內(nèi)快u晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，這里不易產(chǎn)生塑性變形，晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，這里不易產(chǎn)生塑性變形， 硬度、強(qiáng)度均比晶粒內(nèi)高硬度、強(qiáng)度均比晶粒內(nèi)高p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金

26、屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 面缺陷面缺陷 l亞晶界亞晶界實(shí)際上小角度晶界實(shí)際上小角度晶界 具有晶界的特性具有晶界的特性 對(duì)金屬的力學(xué)性能有很大影響對(duì)金屬的力學(xué)性能有很大影響 亞晶界模型亞晶界模型（位相差（位相差13)Fe-4Si合金中的亞晶界，合金中的亞晶界，1250n 面缺陷面缺陷 p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n 缺陷對(duì)金屬材料的影響缺陷對(duì)金屬材料的影響 晶格缺陷處及其附近，均有明顯的晶格畸變，因而會(huì)引起晶格能量的提高晶

27、格缺陷處及其附近，均有明顯的晶格畸變，因而會(huì)引起晶格能量的提高并使金屬的物理、化學(xué)和力學(xué)性能發(fā)生顯著的變化，如晶界和亞晶界愈多，并使金屬的物理、化學(xué)和力學(xué)性能發(fā)生顯著的變化，如晶界和亞晶界愈多，位錯(cuò)密度愈大，金屬的強(qiáng)度便愈高位錯(cuò)密度愈大，金屬的強(qiáng)度便愈高p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷晶體缺陷 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)p實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶冷卻曲線與過冷度冷卻曲線與過冷度n 結(jié)晶結(jié)晶 物

28、質(zhì)從液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程物質(zhì)從液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程原子不規(guī)則排列（近程有序排列）原子不規(guī)則排列（近程有序排列）原子規(guī)則排列原子規(guī)則排列(遠(yuǎn)程有序排列）遠(yuǎn)程有序排列）物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固。若凝固后的固體為晶體稱為結(jié)晶物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固。若凝固后的固體為晶體稱為結(jié)晶凝固后是否形成晶體與液體的粘度和冷卻速度有關(guān)。粘度大，液體粘稠，相對(duì)運(yùn)凝固后是否形成晶體與液體的粘度和冷卻速度有關(guān)。粘度大，液體粘稠，相對(duì)運(yùn)動(dòng)困難，凝固時(shí)極易形成無規(guī)則結(jié)構(gòu)動(dòng)困難，凝固時(shí)極易形成無規(guī)則結(jié)構(gòu)冷卻速度直接關(guān)系到原子或分子的擴(kuò)散能力。當(dāng)冷卻速度大于冷卻速度直接關(guān)系到原子或分子的

29、擴(kuò)散能力。當(dāng)冷卻速度大于10 C/S時(shí)，可阻時(shí)，可阻止金屬及合金的結(jié)晶，獲得非晶態(tài)金屬材料止金屬及合金的結(jié)晶，獲得非晶態(tài)金屬材料第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶冷卻曲線與過冷度冷卻曲線與過冷度n 純金屬的結(jié)晶特點(diǎn)純金屬的結(jié)晶特點(diǎn) u在恒溫下進(jìn)行在恒溫下進(jìn)行u在過冷條件下進(jìn)行在過冷條件下進(jìn)行u結(jié)晶前后為單相結(jié)晶前后為單相可用冷卻曲線描述可用冷卻曲線描述第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶冷卻曲線與過冷度冷卻曲線與過冷度n 冷卻曲線冷卻曲線液體態(tài)金屬在結(jié)晶時(shí)的溫度液體態(tài)金屬在結(jié)晶時(shí)的溫度

30、-時(shí)間時(shí)間的關(guān)系曲線稱為冷卻曲線的關(guān)系曲線稱為冷卻曲線 n 過冷度過冷度理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度T0與開始結(jié)晶溫度與開始結(jié)晶溫度Tn之差叫做過冷度之差叫做過冷度 用用T表示，即表示，即T= T0Tn 純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線T0TnTt（時(shí)間）（時(shí)間）T（溫度）（溫度）第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶結(jié)晶過程結(jié)晶過程n 結(jié)晶的一般規(guī)律結(jié)晶的一般規(guī)律l形核形核l核長(zhǎng)大核長(zhǎng)大 金屬結(jié)晶過程示意圖金屬結(jié)晶過程示意圖形核與核長(zhǎng)大動(dòng)畫形核與核長(zhǎng)大動(dòng)畫第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶

31、結(jié)晶過程結(jié)晶過程n 晶核的形成晶核的形成 在一個(gè)微小的體積中原子有不規(guī)則排列轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則排列的過程在一個(gè)微小的體積中原子有不規(guī)則排列轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則排列的過程l自發(fā)形核自發(fā)形核l非自發(fā)形核（異核形核）非自發(fā)形核（異核形核） 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶結(jié)晶過程結(jié)晶過程n 晶核的長(zhǎng)大晶核的長(zhǎng)大l樹枝狀長(zhǎng)大樹枝狀長(zhǎng)大 樹枝狀長(zhǎng)大模型樹枝狀長(zhǎng)大模型實(shí)際金屬結(jié)晶主要以樹枝狀長(zhǎng)大實(shí)際金屬結(jié)晶主要以樹枝狀長(zhǎng)大(這是由于棱角處這是由于棱角處的散熱條件好，生長(zhǎng)快，先形成一次軸，一次軸的散熱條件好，生長(zhǎng)快，先形成一次軸，一次軸又會(huì)產(chǎn)生二次軸又會(huì)產(chǎn)生二次軸，樹

32、枝間最后被填充，樹枝間最后被填充) 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶結(jié)晶過程結(jié)晶過程n 晶核的長(zhǎng)大晶核的長(zhǎng)大l樹枝狀長(zhǎng)大樹枝狀長(zhǎng)大 金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶核均勻長(zhǎng)大核均勻長(zhǎng)大核樹枝狀長(zhǎng)大核樹枝狀長(zhǎng)大第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶結(jié)晶條件結(jié)晶條件n 自由能降低自由能降低 自由能：自由能： 物質(zhì)能自動(dòng)向外界釋放出多余的或能夠?qū)ν庾鞴Φ哪芰课镔|(zhì)能自動(dòng)向外界釋放出多余的或能夠?qū)ν庾鞴Φ哪芰拷凶杂赡芙凶杂赡?根據(jù)熱力學(xué)定律，自然界中一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，總是向根據(jù)熱力學(xué)定

33、律，自然界中一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，總是向能量最低狀態(tài)轉(zhuǎn)變能量最低狀態(tài)轉(zhuǎn)變l液態(tài)金屬過冷后自由才能降低液態(tài)金屬過冷后自由才能降低 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶結(jié)晶條件結(jié)晶條件n過冷度的影響因素過冷度的影響因素l與金屬本性有關(guān)與金屬本性有關(guān) 比如銅、鐵在相同冷卻速度下過冷度不同比如銅、鐵在相同冷卻速度下過冷度不同l與金屬的純度有關(guān)與金屬的純度有關(guān) 雜質(zhì)越多，過冷度越小雜質(zhì)越多，過冷度越小l與冷卻速度有關(guān)與冷卻速度有關(guān) 快冷，實(shí)際結(jié)晶溫度低，快冷，實(shí)際結(jié)晶溫度低， 過冷度大過冷度大 第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的

34、結(jié)晶p金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變n 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 金屬在固態(tài)下隨溫度變化，金屬在固態(tài)下隨溫度變化，由一種晶格變成另一種晶由一種晶格變成另一種晶格的現(xiàn)象格的現(xiàn)象n 同素異構(gòu)體同素異構(gòu)體 由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得到的不由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得到的不同晶格的晶體同晶格的晶體770純鐵的冷卻曲線純鐵的冷卻曲線第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變n 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì) 是重結(jié)晶過程是重結(jié)晶過程 （遵循結(jié)晶規(guī)律）（遵循結(jié)晶規(guī)律）生產(chǎn)中可利用純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，對(duì)其進(jìn)行各種熱處理，以改變生產(chǎn)中可利用純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，

35、對(duì)其進(jìn)行各種熱處理，以改變其組織和性能，更好地在工程上滿足應(yīng)用要求其組織和性能，更好地在工程上滿足應(yīng)用要求第二章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶p晶粒大小及其控制晶粒大小及其控制n 晶粒度的概念晶粒度的概念 晶粒的大小即晶粒度晶粒的大小即晶粒度用單位面積上的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線長(zhǎng)度（或直徑）表示用單位面積上的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線長(zhǎng)度（或直徑）表示晶粒度大小對(duì)金屬性能的影響晶粒度大小對(duì)金屬性能的影響常溫下常溫下，晶粒越細(xì)，晶界面積越大，因而金屬的強(qiáng)度、硬度越高，晶粒越細(xì)，晶界面積越大，因而金屬的強(qiáng)度、硬度越高，同時(shí)塑性、韌性也越好同時(shí)塑性、韌性也越好,即細(xì)晶強(qiáng)化即細(xì)晶強(qiáng)化高溫下高溫下，晶界呈粘滯狀態(tài)，在外力作用下易產(chǎn)