第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)

第二章

金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)晶體的基本知識第二節(jié)

金屬的晶體結(jié)構(gòu)第三節(jié)

合金的晶體結(jié)構(gòu)第四節(jié)

實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)

晶體的基本知識一、晶體與非晶體晶體與非晶體的根本區(qū)別:在晶體中，原子（或分子）按一定的幾何規(guī)律作周期性地排列；非晶體中這些質(zhì)點是無規(guī)則地堆積在一起。圖2-1晶體中原子排列模型晶體與非晶體在性能上的區(qū)別:

晶體具有固定的熔點，且在不同方向上具有不同的性能，即表現(xiàn)出晶體的各向異性。而非晶體沒有固定的熔點，在各個方向上的原子聚集密度大致相同，表現(xiàn)出各向同性。二、晶格、晶胞和晶格常數(shù)（一）晶格

抽象的、用于描述原子在晶體中排列形式的幾何空間格架，簡稱晶格。（二）晶胞

從晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的、最小的幾何單元稱為晶胞。如圖2-2中黑粗線所示。圖2-2晶格和晶胞（三）晶格常數(shù)

取晶胞角上某一結(jié)點作為原點，沿其三條棱邊作為三個坐標(biāo)軸X、Y、Z，并稱為晶軸，并以棱邊長度a、b、c和棱面夾角α、β、γ來表示晶胞的形狀和大小，如圖2-3所示。其中棱邊長度稱為晶格常數(shù)，單位為?。圖2-3晶胞的表示方法圖2-4金屬和非金屬的電阻與溫度關(guān)系示意圖第二節(jié)

金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、金屬的特性與金屬鍵金屬晶體具有獨特的性能，如具有金屬光澤以及良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和塑性。金屬與非金屬的根本區(qū)別是：金屬的電阻隨溫度的升高而增大，即金屬具有正的電阻溫度系數(shù)，而非金屬的電阻卻隨溫度的升高而降低，即具有負的電阻溫度系數(shù)。由于金屬晶體是金屬鍵結(jié)合，因而使金屬具有上述一系列的金屬特性。圖2-5金屬鍵示意圖二、金屬中常見的晶格（二）面心立方晶格（一）體心立方晶格（三）密排六方晶格圖2-6體心立方晶胞圖2-7面心立方晶胞圖2-8密排六方晶胞二、晶體結(jié)構(gòu)的致密度

晶體結(jié)構(gòu)的致密度：晶胞中原子所占體積與該晶胞體積之比，可用來對原子排列的緊密程度進行定量比較。致密度數(shù)值越大，則原子排列越緊密。圖2-9體心立方晶胞原子半徑的計算三、晶面與晶向

在金屬晶體中，通過一系列原子所構(gòu)成的平面，稱為晶面。通過兩個以上原子的直線，表示某一原子列在空間的位向，稱為晶向。表示晶面的符號稱為晶面指數(shù)，表示晶向的符號稱為晶向指數(shù)。圖2-11確定立方晶格晶面指數(shù)的示意圖（一）晶面指數(shù)確定晶面指數(shù)的方法：1.設(shè)坐標(biāo)2.求截距3.取倒數(shù)4.化整數(shù)5.列括號（二）晶向指數(shù)確定晶向指數(shù)的方法：1.設(shè)坐標(biāo)2.求坐標(biāo)值3.化整數(shù)4.列括號圖2-13立方晶體中幾個晶向及晶向指數(shù)二、合金的相結(jié)構(gòu)

合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。第三節(jié)

合金的晶體結(jié)構(gòu)一、合金的基本概念

間隙固溶體

固溶體

置換固溶體合金

正常價化合物

金屬化合物

電子化合物

間隙化合物

1.固溶體的分類：（1）間隙固溶體：溶質(zhì)原子處于溶劑晶格各結(jié)點間的空隙中。（2）置換固溶體：溶質(zhì)原子代替一部分溶劑原子，占據(jù)著溶劑晶格中的某些結(jié)點位置。（一）固溶體合金在固態(tài)下，組元間仍能相互溶解而形成的均勻相。圖2-14固溶體結(jié)構(gòu)示意圖a）間隙固溶體b）置換固溶體圖2-15固溶體中的晶格畸變示意圖a）間隙固溶體b）置換固溶體2.固溶體的性能：固溶強化：通過溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，使金屬材料的強度、硬度升高的現(xiàn)象。（二）金屬化合物1.金屬化合物的分類：（1）正常價化合物元素嚴(yán)格按照原子價規(guī)律結(jié)合，其成分固定不變，并可用化學(xué)式表示。（2）電子化合物不遵循原子價規(guī)律，而是按照一定的電子濃度，組成一定晶體結(jié)構(gòu)的化合物。（3）間隙化合物由原子直徑較大的過渡族金屬元素和原子直徑較小的非金屬元素組成。2.金屬化合物的性能：熔點一般較高，性能硬而脆，在合金中常作為強化相存在。第四節(jié)

實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、多晶體與亞組織

實際使用的工業(yè)金屬材料，即使體積很小，其內(nèi)部仍包含了許多顆粒狀的小晶體，每個小晶體內(nèi)部的晶格位向是一致的，而各個小晶體彼此間位向都不同，如圖2-18所示。這種外形不規(guī)則的小晶體通常稱為晶粒。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界。這種實際上由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體。圖2-18多晶體示意圖圖2-19純鐵的顯微組織（300x）在實際金屬晶體的一個晶粒內(nèi)部，其晶格也并不象理想晶體那樣完全一致，而是存在著許多尺寸更小，位向差也很小的小晶塊，它們相互嵌鑲成一顆晶粒，這些小晶塊稱為亞組織（或稱亞晶粒）。圖2-20Au-Ni合金的亞組織二、晶體的缺陷

由于種種原因，在晶體內(nèi)部某些局部區(qū)域，原子的規(guī)則排列往往受到干擾而被破壞，不像理想晶體那樣規(guī)則和完整。通常把這種區(qū)域稱為晶體缺陷。

根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，可將其分為以下三類：

（一）點缺陷---空位和間隙原子

（二）線缺陷---位錯

（三）面缺陷---晶界和亞晶界

（一）點缺陷---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，這種空著的位置稱為空位。同時又可能在個別晶格空隙處出現(xiàn)多余的原子，這種不占有正常的晶格位置，而處在晶格空隙之間的原子稱為間隙原子。圖2-21空位和間隙原子示意圖

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，稱為位錯。（二）線缺陷---位錯

在晶體的某一水平面以上，多出一個垂直原子面ABCD，這個多余原子面像刀刃一樣地切入晶體，使晶體中上下兩部分的原子產(chǎn)生了錯排現(xiàn)象，因而稱為刃型位錯。圖2-22刃型位錯示意圖a）晶格立體模型b）平面圖

通常把在晶體上半部多出原子面的位錯稱為正刃型位錯，用符號“┴”表示；在晶體下半部多出原子面的位錯稱為負刃型位錯，用符號“┬”表示。晶體中位錯的數(shù)量通常用位錯密度ρ表示，位錯密度可用下式計算：式中V----晶體的體積；

S---