金屬的晶體結(jié)構(gòu)ppt課件

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第一節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) （P13）,金屬鍵：金屬原子間的結(jié)合 鍵稱為金屬鍵。（帶負(fù)電的自 由電子與帶正電的的金屬正離 子之間產(chǎn)生靜電吸引力，使金 屬原子結(jié)合在一起，這就是金 屬鍵結(jié)合的本質(zhì)。 金屬特性：良好的導(dǎo)電性和 導(dǎo)熱性；強(qiáng)度高；具有塑性； 有固定熔點(diǎn)；各向異性。,,,金屬鍵模型圖,1,一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí) （一）基本概念（P13）,1、晶格：用于描 述原子在晶體中 排列規(guī)律的三維 空間幾何點(diǎn)陣。 （把原子看成是 一個(gè)幾何質(zhì)點(diǎn)， 把原子之間的相 互聯(lián)系與作用假 想為幾何直線）,2,一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí) （一）基本概念（P13）,1、晶胞：晶格中能 夠代表晶格特征的 最小幾何單元。 2、晶格參數(shù)：晶體 學(xué)中用來(lái)描述晶胞 大小與形狀的幾何 參數(shù)。包括晶胞的 三個(gè)棱邊長(zhǎng)度a、b、 c和三個(gè)棱邊夾角α、 β、γ。 3、晶格常數(shù)：決定 晶胞大小的三個(gè)棱長(zhǎng) a、b、c。,3,（二）金屬中常見(jiàn)的晶格 1、體心立方晶格（P14）,晶格參數(shù) a=b=c；α=β=γ=90°；立方體八個(gè)角上各有一個(gè)原子，體心處有一個(gè)原子。每個(gè)晶胞中原子數(shù)為2=1/8×8+1。 屬于體心 立方晶格 的常用金 屬：α鉻、 鎢、鉬、 釩、α鐵、 β鈦、鈮 等。,4,2、面心立方晶格（P14）,晶格參數(shù)：a=b=c；α=β=γ=90°；晶胞的八個(gè)角上各有一個(gè)原子，立方體六個(gè)面的面心各有一個(gè)原子。每個(gè)晶胞中原子數(shù)為4=1/8×8+1/2×6 屬于面心立方晶格的常用金屬：γ鐵、鋁、銅、鎳等。,5,3、密排立方晶格（P14）,晶格參數(shù)：a=b≠c；α=β=90°、γ=120°；每個(gè)晶胞中原子數(shù)為：6=1/6×12+1/2×2+3。 屬于密排六方晶格的常用金屬：鎂、鋅、鈹、α鈦、鎘等。,6,（三）晶格的致密度（P14）,致密度=原子所占的總體積÷晶胞的體積 體心立方晶格的致密度=0.68 面心立方晶格的致密度=0.74 密排六方晶格的致密度=0.74,7,（四）晶面指數(shù)與晶向指數(shù) （P16）,晶面：晶體中由物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所組成的平面。 晶向：由物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所決定的直線。 每一組平行的晶面和晶向都可用一組數(shù)字來(lái)標(biāo)定其位向。這組數(shù)字分別稱為晶面指數(shù)和晶向指數(shù)。 晶面指數(shù)的確定：晶面與三個(gè)坐標(biāo)軸截距的倒數(shù)取最小整數(shù)，用圓括號(hào)表示。如（111）、（112）。 晶向指數(shù)的確定：通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)直線上某一點(diǎn)的坐標(biāo)，用方括號(hào)表示。如[111],8,3、晶面族與晶向族（P16）,晶面族：晶面指數(shù)中各個(gè)數(shù)字相同但是符號(hào)不同或排列順序不同的所有晶面。這些晶面上的原子排列規(guī)律相同，具有相同的原子密度和性質(zhì)。如{110}=（110）+（101）+（011）+（101）+（110）+（011） 晶向族：原子排列密度完全相同的晶向。如=[111]+[111]+[111]+[111],,,,,,,9,（五）晶體的各向異性 （P17）,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的。這種現(xiàn)象稱為晶體的各向異性。,10,（五）晶體的各向異性（P17）,晶體分單晶體和多晶體 單晶體：晶體內(nèi)各處晶格位向一致的晶體。 多晶體：晶體內(nèi)晶格位向不相同的晶體。 實(shí)際金屬是多晶體,11,（五）晶體的各向異性 多晶體結(jié)構(gòu)（P17）,12,二、純金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu) （一）晶粒與亞晶粒 （P17）,晶粒——金屬晶體中，晶格位向基本一致，并有邊界與鄰區(qū)分開(kāi)的區(qū)域。（P18圖2—8） 晶界——晶粒之間原子排列不規(guī)則的區(qū)域。 實(shí)際金屬晶粒大小除取決于金屬種類外，主要取決于結(jié)晶條件和熱處理工藝。 亞晶?！Я?nèi)部晶格位向差小于2°、3°的更小的晶塊。 亞晶界——亞晶粒間的過(guò)渡區(qū)。,13,（二）晶體中的晶體缺陷 （P18）,晶體缺陷：是指晶體中原子排列不規(guī)則的區(qū)域。 根據(jù)晶體缺陷的幾何特點(diǎn)和對(duì)原子排列不規(guī)則性的影響范圍可分為三大類： 1、點(diǎn)缺陷 2、線缺陷 3、面缺陷,14,1、點(diǎn)缺陷（P18）,以一個(gè)點(diǎn)為中心，在它周?chē)斐稍优帕胁灰?guī)則，產(chǎn)生晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力的缺陷。點(diǎn)缺陷類型主要有三種： （1）間隙原子 （2）晶格空位 （3）置換原子 在晶格的結(jié)點(diǎn)處 出現(xiàn)原子直徑不 同的異類原子的 晶體缺陷,置換原子示意圖,15,1、點(diǎn)缺陷（P18）,間隙原子：在晶格的間隙處出現(xiàn)多余原子的晶體缺陷。 晶格空位：在晶格的結(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)缺少原子的晶體缺陷。,16,2、線缺陷（P19）,主要是指各種形式的位錯(cuò)。 位錯(cuò)：是指晶體中某一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。 位錯(cuò)密度： 單位體積內(nèi) 位錯(cuò)線的長(zhǎng) 度，（cm-2）,17,3、面缺陷（P19）,主要是指晶界和亞晶界。它是由于受到其兩側(cè)的不同晶格位向的晶粒或亞晶粒的影響而使原子呈不規(guī)則排列。,18,第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu) 一、基本概念（P20）,合金：是指由一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素，通過(guò)熔煉或燒結(jié)等方法所形成的具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。如：碳素鋼（鐵、碳）；黃銅（銅、鋅）；鉛青銅（銅、鋅、鉛） 組元：組成合金的最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。組成合金的各個(gè)化學(xué)元素及穩(wěn)定的化合物都 是組元。合金中有幾種組元就稱之為幾元合金。碳素鋼是二元合金，鉛青銅是三元合金。,19,第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu) 一、基本概念,合金系：是指具有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。如各種碳素鋼。 相：是指在合金中，凡是化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分隔開(kāi)來(lái)的一個(gè)均勻區(qū)域。在一個(gè)相中可以有多個(gè)晶粒，但是一個(gè)晶粒中只能是同一個(gè)相。 合金中有兩類基本的相結(jié)構(gòu)，固溶體和金屬化合物。,20,第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu) 一、基本概念,顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)、大小和分布。它可以看作是由各個(gè)相組成的。 合金的顯微組織可以看作是由各個(gè)相所組成的，這些相稱為合金組織的相組成物；也可以看作是基本組織所組成的，這些基本組織稱為合金組織的組織組成物。合金的力學(xué)性能不僅取決于它的化學(xué)成分，更取決于它的顯微組織。,21,二、合金的相結(jié)構(gòu)（P20）,合金的晶體結(jié)構(gòu)：是指合金中各個(gè)相的晶體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱相結(jié)構(gòu)。 合金的相結(jié)構(gòu)通常分為兩大類： （一）固溶體 （二）金屬化合物,22,（一）固溶體（P20）,固溶體：合金結(jié)晶成固態(tài)時(shí)，溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格中形成的一種與溶劑有相同晶格的相。 固溶體與溶劑具有相同晶體結(jié)構(gòu)。 固溶體的類型：1、間隙固溶體 ；2、置換固溶體,23,1、間隙固溶體（P21）,間隙固溶體： 溶質(zhì)原子分布于溶劑的晶格 間隙中所形 成的固溶體。 都是有限固 溶體，也是 無(wú)序固溶體。,24,2、置換固溶體 (P21),置換固溶體：溶質(zhì)原子代替溶劑原子占據(jù)著溶劑晶格結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體。 置換固溶體可 以是有限固溶 體也可以是無(wú) 限固溶體。,A：溶劑； B：溶質(zhì),a)無(wú)序固溶體 b)有序固溶體,25,2、置換固溶體(P21),有限固溶體:固溶體的溶解度是有限的。 無(wú)限固溶體：固溶體的溶解度是無(wú)限的。（組成固溶體的兩種元素隨比例不同可以互為溶質(zhì)或溶劑。） 形成無(wú)限固溶體的必要條件： 是溶劑與溶質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)相同。,26,2、置換固溶體 (P21),無(wú)序固溶體:溶質(zhì)原子的分布是無(wú)序的。 有序固溶體:溶質(zhì)原子的分布是有序的。 固溶體的有序化:無(wú)序固溶體向有序固溶體的轉(zhuǎn)變過(guò)程。 硬度和脆性增加，塑性下降。,27,4、影響溶解度的主要因素 （P22）,溶解度:溶質(zhì)在固溶體中的極限濃度稱為溶質(zhì)在固溶體中的溶解度。 影響溶解度的主要因素: 1)溫度 2)原子直徑因素 3)晶體結(jié)構(gòu)因素,28,5、固溶體的性能（P22）,固溶強(qiáng)化：溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。固溶強(qiáng)化是金屬材料的一種重要的強(qiáng)化途徑。 固溶體的性能：一般來(lái)說(shuō)，固溶體是一個(gè)硬度不高、塑性較好的一個(gè)相。,29,（二）金屬化合物（中間相）（P23）,在合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過(guò)固溶體的溶解度時(shí)，除了形成固溶體外，還將出現(xiàn)新相。 這個(gè)新相可能是一種新的固溶體，也可能是一種化合物。如：Fe3C、FeS。 金屬化合物:具有金屬性質(zhì)的化合物。（其晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元）,30,金屬化合物的性能（P23）,金屬化合物性能:一般都具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆。 金屬化合物若以細(xì)小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會(huì)使合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強(qiáng)化。 在合金中，金屬化合物的多少、形態(tài)、大小、分布等對(duì)合金的性能有不同的影響。,31,金屬化合物的種類（P23）,1、正常價(jià)化合物:這類化合物符合正常的原 子價(jià)規(guī)律，成分固定并有嚴(yán)格分子式的 金屬化合物。 2、電子化合物:這類化合物不遵守原子價(jià)規(guī) 律而服從電子濃度規(guī)律。其晶體結(jié)構(gòu)主 要取決于電子濃度。,32,金屬化合物的種類（P23）,3、間隙化合物:間隙化合物一般是由原子半徑較大的過(guò)渡族金屬元素和原子半徑較小的非金屬元素組成的化合物。(非金屬元素有規(guī)則的嵌入金屬元素晶格的間隙中） a)當(dāng)非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值小于0.59時(shí)，形成簡(jiǎn)單晶格的間隙化合物，稱間隙相. b)當(dāng)非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值大于0.59時(shí)，則不能產(chǎn)生間隙相，而形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物.,33,間隙相、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物、間隙固溶體的區(qū)別,1、晶體結(jié)構(gòu):間隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑相同；而間隙相和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，間隙相具有簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)。 2、性能:間隙固溶體硬度低、塑性好，通常作為基體使用；間隙相和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物都具有高熔點(diǎn)、高硬度。（尤其是間隙相）通常作為彌散強(qiáng)化相。,34,精品課件！,35,精品課件！,36,作業(yè)（P25）,第1題 第3題 第8題,37,