《金属材料(金属的晶体结构)全解.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料(金属的晶体结构)全解.ppt（38页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第二章 金属材料,上节回顾,原子间的键合,离子键共价键金属键范德瓦尔斯键氢键,晶体学基础,空间点阵晶胞晶系布拉菲点阵空间点阵与晶体结构,2.2.3 纯金属的晶体结构,金属晶体中的结合键为金属键，由于金属键无饱和性、无方向性，所以大多数金属晶体都是具有紧密排列、对称性高的简单晶体结构。,1.三种典型的金属晶体结构,体心立方结构（BCC）,面心立方结构（FCC）,密排六方结构（HCP）,面心立方（FCC或A1）的晶胞与刚球模型,Al、Cu、Au、Ag、Pt、Pb、-Fe,体心立方（BCC或A2）晶胞与刚球模型,W、V、-Ti、-Fe、K,六方密堆积结构(hcp或A3),Mg、Zn、Cd、Ag、-B
2、e、-Ti、,（1）晶胞中的原子数（2）点阵常数与原子半径的关系（3）配位数和致密度（4）晶体结构中的间隙,顶点占1/8,棱占1/4,面心占1/2,体心占1,（1）晶胞中的原子数,面心立方结构：,n=81/8+61/2=4,体心立方结构：,n=81/8+1=3,密排六方结构：,n=121/6+21/2+3=6,（2）点阵常数与原子半径的关系,点阵常数：晶胞的棱边长度（a,b,c）,不同金属可以有相同的点阵类型，但却具有各不相同的点阵常数，且随温度不同而变化,面心立方结构（a=b=c）,体心立方结构（a=b=c）,密排六方结构（a=bc）,点阵常数用a和c来表示，轴比：c/a=1.633，a=2
3、r（原子看做等径钢球）轴比：c/a1.633，（a2/3+c2/4）1/3=2r,（3）配位数和致密度,定量地表示原子排列的紧密程度,配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等 距离的原子数,致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。晶胞中原子体积与晶胞体积之比值。,K=nv/V,（4）晶体结构中的间隙,面心立方晶体结构的间隙,体心立方晶体结构的间隙,密排六方晶体结构的间隙,2.金属的多晶型性,纯铁加热时的膨胀曲线,2.3 晶体结构的缺陷,晶体在定义上有序是完美无缺的，但实际晶体中存在各式各样的缺陷（原子水平的，有的则是较大尺寸）。,原子水平的缺陷对聚合物材料没有什么影响，但对金属或陶瓷的性质
4、和性能就会有很大影响。缺陷的影响既有正面的也有负面的，利用和控制晶体中的缺陷，可以对材料进行增强，提高材料的流动加工性。有时甚至可以人为引入一些缺陷，赋予材料更高的导电性、更强的磁性等。所以“缺陷”并不一定是贬义的，它有许多值得利用的价值。,点缺陷：其特征是在三维空间的各个方向上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子尺度，故称为零维缺陷，如：空穴、间隙原子、杂质或溶质原子等,线缺陷：其特征是在三维两个方向上尺寸都很小，另外一个方向上的尺度相对很长，故也称一维缺陷，如：位错,面缺陷：其特征是在三维空间一个方向上尺寸很小，另外两个方向上的尺寸很大，故称为二维缺陷，如：晶界、相界等,材料在加工过程中
5、得到能量产生空穴，或人为导入杂质，或人为制造合金时就会产生各类点缺陷，正常的晶体位置缺少原子就称为空穴。材料在结晶过程中，加热时或受到辐射作用时都会产生空穴。室温下空穴数目很少，但随着温度升高而增多。,当有外来原子占据正常晶格点中间的间隙位置时，就构成间隙缺陷。虽然间隙原子比晶格上的原子小得多，但仍比间隙尺寸要大。结果使周围的原子受到挤压而变形。间隙原子有时是杂质，有时是人为导入的。如将碳原子导入铁的晶格以形成钢。这种间隙缺陷一旦引入，数目就是固定的，不会因温度变化而改变。,1.点缺陷,点缺陷(a)空穴；(b)间隙原子；(c)小取代原子；(d)大取代原子；(e)Frenkel缺陷；(f)Sch
6、ttky缺陷,线缺陷就是晶体中的位错。按严格的几何意义，位错是直径约5个原子的柱状缺陷，在晶体中以各种方向延伸，不一定是直线。位错在金属材料中大量存在，在自然生长的金属单晶中，每单位平方厘米的面积就有106个位错穿过。,螺旋位错,2.线缺陷,晶粒的边界与相的边界构成面缺陷。晶粒生长时相遇的面就是晶粒的边界。尽管晶体的结构相同，但原子平面的取向可以不同，所以在晶体界面上的原子可能不属于任何一方。,(a)小角晶粒边界(b)双层边界,3.面缺陷,2.4 金属材料的形变,金属形变基础塑性形变对金属材料组织和性能的影响,弹性形变,塑性形变（均匀的）,断裂,加工硬化或冷变形强化,应力-应变曲线,金属形变基
7、础,塑性形变对金属材料组织和性能的影响,（1）冷形变金属的组织,金属材料经塑性形变后，组织结构会发生明显的变化。除了每个晶粒内部出现大量的滑移带或孪晶带外，还会出现新的亚晶，各种结构缺陷（如位错、空位、间隙原子、层错）的浓度也升高。随着形变量的增加，原来的等轴晶粒将逐渐沿其变形方向伸长。当形变量很大时，晶界变得模糊不清，晶粒以难以分辨并沿材料流变伸展的方向呈现纤维状，称为纤维组织。这种纤维组织沿其形变方向强度、硬度增加，横向则不然，出现了性能的各向异性。,（2）冷形变金属的加工硬化,单晶体加工硬化3阶段示意图,易滑移阶段：加工硬化主要来自位错的增殖所引起的内应力,线性硬化阶段：位错密度增加，其它滑移系统被激活，形成压杆位错，阻碍位错的继续运动，从而产生大的硬化效应,抛物线型硬化阶段：滑移线变粗成滑移带，新增加的应变几乎全部集中在这些滑移带内，且滑移带碎花。,3种典型的金属单晶体的应力-应变曲线,铝单晶与多晶体的应力-应变曲线比较（室温）,课堂作业,试述原子间的键合方式，并举例说明。空间点阵的概念？空间点阵和晶体结构的关系？纯金属的晶体结构有哪些？并分析他们的特征金属晶体结构的缺陷？描述金属材料的形变过程。,
