金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)課件

1、第二章 金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)教 學 要 求:了解和掌握金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷，以及合金的相結(jié)構(gòu)為以后的學習奠定基礎(chǔ) 第二章 金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)材料性能的決定因素： 化學成分、內(nèi)部組織和狀態(tài)?；瘜W成分是改變性能的基礎(chǔ)組織是性能變化的根據(jù) 第二章 金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)本 章 小 結(jié)本 章 重 點:合金的相結(jié)構(gòu)、金屬的晶體缺陷2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識1、晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)按原子（或分子）的聚集不同分為兩類：晶 體 原子具有規(guī)則排列的物質(zhì)非 晶 體 原子不具有規(guī)則排列的物質(zhì)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

2、一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識1、晶體與非晶體晶體的三個特征：（1）晶體中的原子（或分子）在三維空間作有規(guī)則的周期性的重復排列，因此晶體具有規(guī)則的外形（2）固定的熔點（3）在不同的方向上具有不同的性能，即具有各向異性。（鐵為1538、鋁為660、鉛327.5 、金剛石3550 、石墨3652 ）；（如：Mg的電阻率在不同方向上有4.5103m和3.8103m兩種2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識1、晶體與非晶體金屬晶體特性：導電性導熱性延展性金屬光澤2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識2、晶格和晶胞 將晶體中的原子或離子看作為固定的剛球晶格：把剛球看成是一個結(jié)點 ，用假想的線條把

3、將結(jié)點連接起來構(gòu)成的空間格子稱為晶格。假設(shè)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識2、晶格和晶胞晶胞：從周期性變化的空間晶格中取出一個反映點陣特性的基本單元（通常是平行六面體）作為其組成單元，這個單元稱為晶胞。 2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識2、晶格和晶胞晶胞的描述：晶格常數(shù)：a、b、c、2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬中常見的晶格類型體心立方面心立方密排六方2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬中常見的晶格類型1、體心立方a=b=c=90如： -鐵、鉻、鉬、鈮、釩、鉀等2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬中常見的晶格類型2、面心立方a=b=c=90如： -鐵、銅、金、鉛、鋁、銀、

4、銥等2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬中常見的晶格類型3、密排六方如： 鎂、鋅、鈷、鈦等第二章 金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)本 章 小 結(jié)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)一、合金的基本概念1、合金 2、組元由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素熔合在一起，形成具有金屬特性的物質(zhì)組成合金的獨立的、最基本的單元純金屬或穩(wěn)定化合物2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)一、合金的基本概念3、合金系 4、相由二個或二個以上的組元按不同的含量配制的一系列不同成分的合金，稱為一個合金系，簡稱系合金中凡是結(jié)構(gòu)、成分和性能相同并且與其它部分有界面分開的均勻組成部分

5、組織，是指用肉眼或借助顯微鏡觀察到的具有某種形態(tài)特征的合金組成物。如：晶體或晶粒的大小、方向、形狀、排列等微觀組織。相與組織的區(qū)別2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu)根據(jù)組元間相互作用不同， 固溶體 金屬化合物固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)固溶體合金在固態(tài)下，組元間仍能互相溶解而形成的均勻相金屬化合物各組元的原子按一定的比例相互作用生成的晶格類型和性能完全不同于任一組元，并且有一定金屬性質(zhì)的新相2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu)1、固溶體：合金在固態(tài)下，組元間仍能互相溶解而形成的均勻相固溶體的晶格類型與其中某一組元的晶格類型相同 固溶體的溶劑 其它組元 溶質(zhì)根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格結(jié)點所占據(jù)的位置固溶體

6、分 置換固溶體 間隙固溶體置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)了部分溶劑晶格的結(jié)點位置而形成的固溶體稱置換固溶體 。間隙固溶體溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格的間隙中形成的固溶體2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu)1、固溶體：置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)了部分溶劑晶格的結(jié)點位置而形成的固溶體，當溶劑和溶質(zhì)的原子半徑比較接近時容易形成 根據(jù)固溶體中溶質(zhì)原子的溶解情況， 有限固溶體 無限固溶體置換固溶體有限固溶體溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量受到限制，只能部分占據(jù)溶劑晶格的結(jié)點位置無限固溶體 兩組元可以按任意比例相互溶解，即溶質(zhì)原子能無限制地占據(jù)溶劑晶格的結(jié)點。2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)若兩組元晶格類型相同，原子半徑相近，在周期表中

7、臨近，則有能形成無限固溶體什么情況下會形成無限固溶體？-鐵和鉻晶格均為體心立方銅和鎳面心立方2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu)1、固溶體置換固溶體有限固溶體，其固溶度與溫度有關(guān)： 溫度高，固溶度高 溫度低，固溶度低高溫下已經(jīng)飽和的有限固溶體冷卻時，會析出其它結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu)1、固溶體間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格的間隙中有限固溶體，固溶度取決于溶劑晶格類型、間隙原子的大小形成條件：溶質(zhì)原子半徑溶劑原子半徑0.59溶質(zhì)原子很小，一般是原子半徑很小的非金屬元素如：H、N、B、C、OC在-Fe中的溶解度為0.02%， 在-Fe中為2.06%，N在-Fe中的溶解

8、度為0.095%， 在-Fe中為2.8%，C的原子半徑0.077nmN為0.071nm2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu)1、固溶體由于溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格后，將引起晶格畸變，晶格常數(shù)發(fā)生變化；原子尺寸相差大化學性質(zhì)不同強度 這種由于溶質(zhì)原子的溶入，使基體金屬（溶劑）的強度、硬度升高的現(xiàn)象就叫固溶強化畸變增大變形的抗力增大硬度升高，塑、韌性降低如：在低合金鋼中利用 Mn,Si 等元素來強化鐵素體 2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu)2、金屬化合物如：ZnS、CuZn、Fe3C組成合金的元素相互化合形成一種新的晶格組成的物質(zhì)金屬化合物的熔點較高，性能硬而脆。當合金中出現(xiàn)金屬化合物時，通常能提

9、高合金的強度、硬度和耐磨性，但會降低塑性和韌性。金屬化合物是各類合金鋼硬質(zhì)合金和許多有色金屬的重要組成相，常作為強化相來發(fā)揮作用。第二章 金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)本 章 小 結(jié)2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)單晶體是指具有一致結(jié)晶位向的晶體 (特殊方法才能得到 ) ，表現(xiàn)出各向異性。一、實際金屬的多晶體結(jié)構(gòu)實際的金屬都是由許多結(jié)晶位向不同的單晶體組成的聚 合體，稱為多晶體。每一個小的單晶體叫做晶粒晶粒與晶粒之間的界面叫做晶界偽各向異性2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬的晶體缺陷按照缺陷的幾何特征，可分為以下三類： 空位和間隙原子 位

10、錯 晶界和亞晶界什么是晶體缺陷？晶體內(nèi)部由于結(jié)晶條件或加工等方面的影響，使原子排列規(guī)則受到破壞，表現(xiàn)出原子排列的不完整性2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬的晶體缺陷1、空位和間隙原子在實際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點，往往未被原子所占有，在晶格中便出現(xiàn)了空的結(jié)點，這種空著的晶格結(jié)點稱為晶格空位不占據(jù)正常晶格位置而處在晶格空隙中的原子，稱為間隙原子晶格空位間隙原子畸變應(yīng)力強度提高運動擴散2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬的晶體缺陷2位錯 （線缺陷）位錯晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。刃型位錯是金屬晶體中最常見且最簡單的位錯當晶體中有一個原子平面中斷在晶體內(nèi)部時，這個原子平面就像一

11、把刀插在一個完整的晶體內(nèi)，原子平面中斷處的邊緣(稱為位錯線)就像刀刃，這種位錯稱為刃型位錯原子錯排在位錯線周圍應(yīng)力強度提高2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬的晶體缺陷3晶界和亞晶界（面缺陷）多晶體中，晶粒之間存在著晶界。晶界上原子的排列是不規(guī)則的，并受到相鄰晶粒位向的影響而取折衷位置晶界處能量高晶界處雜質(zhì)多易被腐蝕，熔點也比晶內(nèi)低阻礙位錯的運動不易發(fā)生塑性變形2.3 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬的晶體缺陷3晶界和亞晶界（面缺陷）亞晶界實際上是由一系列刃型位錯所形成的小角度晶界，處于晶粒內(nèi)部由于亞晶界處原子排列同樣要產(chǎn)生晶格畸變，因而亞晶界對金屬性能有著與晶界相似的影響本 章 小 結(jié)純金屬常見的晶格結(jié)構(gòu)分為 體心立方 面心立方 密排六方合金中的相結(jié)構(gòu)分為 固溶體：固溶強化 金屬化合物：硬而脆可作為強化相晶體缺陷，按晶格缺陷的幾何特征可分為 點缺陷空位和間隙原子 線缺陷位錯 面缺陷晶界和亞晶界置換固溶體間隙固溶體習 題 2-1 什么是晶體? 晶體的主要性能是什么? 2-2 解釋下列概念：晶格、晶胞、晶格常數(shù)、