常見(jiàn)金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

常見(jiàn)金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶第1頁(yè)/共170頁(yè)一、強(qiáng)度

金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力,

材料的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測(cè)定。(a)原始試樣

（b)拉伸后試樣

圓形拉伸試樣拉伸試驗(yàn)第2頁(yè)/共170頁(yè)拉伸曲線1.彈性極限σe

材料保持彈性變形,不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力。2.屈服極限（屈服強(qiáng)度）σs

金屬開(kāi)始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。鑄鐵等材料沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象,用條件屈服極限σ0.2

表示（產(chǎn)生0.2%殘余應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力值）。3.強(qiáng)度極限(抗拉強(qiáng)度σb)

表示金屬受拉時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。

第3頁(yè)/共170頁(yè)

二、塑性

斷裂前材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。

(a)原始試樣

（b)拉伸后試樣

1.伸長(zhǎng)率（δ）

試樣拉斷后,標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長(zhǎng)率。

2.斷面收縮率（ψ）

試樣拉斷后,縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。第4頁(yè)/共170頁(yè)硬度硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常用測(cè)量硬度的方法布氏硬度HB

洛氏硬度HR

維氏硬度HV第5頁(yè)/共170頁(yè)⑴布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)是用一定直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗(yàn)力F的作用下，壓入試件表面，并保持一定時(shí)間，卸除力F，測(cè)量壓痕直徑d，以壓痕單位面積上的壓力表示材料的布氏硬度值。第6頁(yè)/共170頁(yè)壓頭為淬火鋼球時(shí)，用符號(hào)HBS表示，適用于布氏硬度值在450HBS以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金時(shí)，用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬度在450~650HBW的材料。其計(jì)算公式為：A-表示凹印表面積（mm

）。F-表示試驗(yàn)力（㎏f）。第7頁(yè)/共170頁(yè)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度計(jì)

第8頁(yè)/共170頁(yè)第9頁(yè)/共170頁(yè)在實(shí)際使用中，布氏硬度值并不計(jì)算，也不用標(biāo)注單位，只需測(cè)出壓痕直徑d，即可從布氏硬度表上查得。布氏硬度的標(biāo)注：符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的淬火鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s(10-15s不標(biāo)注)測(cè)得的布氏硬度值為120。布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，缺點(diǎn)是壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。第10頁(yè)/共170頁(yè)⑵洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)是用頂角120°的金剛石圓錐體或直徑1.588mm淬火鋼球作壓頭，加上一定載荷，使壓頭壓入工件表面，然后根據(jù)壓痕的深度確定其硬度值。第11頁(yè)/共170頁(yè)洛氏硬度實(shí)驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn)法原理：根據(jù)壓痕的塑性變形深度來(lái)衡量硬度。試驗(yàn)時(shí)，先加初始試驗(yàn)力98N（10kgf），使壓頭緊密接觸試件表面a，并壓入到b處，以此作為衡量壓入深度的起點(diǎn)，再加主試驗(yàn)力使壓頭壓入到c處，然后去掉主試驗(yàn)力，由于被試金屬?gòu)椥宰冃蔚南?，壓頭向上回升到d處。洛氏硬度計(jì)表盤(pán)上讀出即可。第12頁(yè)/共170頁(yè)根據(jù)試驗(yàn)用的壓頭和載荷的不同，洛氏硬度分為HRA、HRB、HRC三種標(biāo)尺，其中以HRC應(yīng)用最廣。洛氏硬度值可直接從試驗(yàn)機(jī)的表盤(pán)上讀出，不需計(jì)算，也不用標(biāo)出單位。洛氏硬度的標(biāo)注：數(shù)字+HRC(HRA/HRB)如60HRC表示C標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為60。洛氏硬度操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣，但測(cè)量結(jié)果不夠精確。第13頁(yè)/共170頁(yè)

試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)被測(cè)的材料不同，壓頭的類型、試驗(yàn)力及按表-2選擇，對(duì)應(yīng)的洛氏硬度標(biāo)尺為HRA、HRB、HRC三種符號(hào)壓頭類型載荷/kgf硬度有效范圍使用范圍HRA金剛石圓錐體6070～85適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、鋼表、淬火層或滲碳層HRB直徑為1.588mm鋼球10025～100（相當(dāng)60～230HB）適用于測(cè)量非鐵金屬退火、火等HRC金剛石圓錐體15020～67(相當(dāng)230～700HB)適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等表-2第14頁(yè)/共170頁(yè)四、沖擊韌度（ak）

許多機(jī)械零件和工具受到?jīng)_擊載荷的作用。如活塞銷(xiāo)、錘桿、沖模和鍛模等。材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為沖擊韌性。

用擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。測(cè)得試樣沖擊吸收功,用符號(hào)Ak

表示。用沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積S0,即得到材料的沖擊韌度

ak。沖擊試樣第15頁(yè)/共170頁(yè)沖擊吸收功的測(cè)定第16頁(yè)/共170頁(yè)

五、疲勞強(qiáng)度

軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等零件，在工作過(guò)程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性的變化，這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力(也稱循環(huán)應(yīng)力)。

在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂。這種過(guò)程稱為金屬的疲勞。

第17頁(yè)/共170頁(yè)

交變應(yīng)力越大,材料斷裂時(shí)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N越少。當(dāng)應(yīng)力低于一定值時(shí),試樣可以經(jīng)受無(wú)限周期循環(huán)而不破壞,此應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限(亦叫疲勞強(qiáng)度)，用σ-1

表示。第18頁(yè)/共170頁(yè)

六、斷裂韌性

橋梁、船舶、大型軋輥、轉(zhuǎn)子等有時(shí)會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆斷，名義斷裂應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度。構(gòu)件或零件存在裂紋。裂紋在應(yīng)力作用下失穩(wěn)擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件破斷。

材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂的能力叫斷裂韌性。第19頁(yè)/共170頁(yè)

裂紋擴(kuò)展的臨界狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子稱為臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，用K1C表示，單位為MN/m3/2，它代表材料的斷裂韌性。

裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)大小用應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子表示。KIY：系數(shù)σ

：外加應(yīng)力a：裂紋半長(zhǎng)第20頁(yè)/共170頁(yè)金屬材料的理化性能

一、金屬的物理性能

1.密度

單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度。密度小于5×103kg/m3

的金屬稱為輕金屬,如鋁、鎂、鈦及它們的合金。用于航天航空器上。密度大于5×103kg/m3的金屬稱為重金屬,如鐵、鉛、鎢等。

2.熔點(diǎn)

金屬?gòu)墓虘B(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)。熔點(diǎn)高的金屬稱難熔金屬，如鎢、鉬、釩等，制造耐高溫零件，如火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣飛機(jī)等零、部件。

熔點(diǎn)低的金屬稱為易熔金屬如錫、鉛等，可用于制造保險(xiǎn)絲和防火安全閥零件等。

3.導(dǎo)熱性

導(dǎo)熱性通常用熱導(dǎo)率來(lái)衡量。熱導(dǎo)率越大,導(dǎo)熱性越好。金屬的導(dǎo)熱性銀為最好,銅、鋁次之。合金的導(dǎo)熱性比純金屬差。在熱加工和熱處理時(shí)，必須考慮導(dǎo)熱性，防止材料在加熱或冷卻過(guò)程中形成過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力，以免零件變形或開(kāi)裂。選用導(dǎo)熱性好的金屬材料制造散熱器、熱交換器與活塞等零件。第21頁(yè)/共170頁(yè)4.導(dǎo)電性

傳導(dǎo)電流的能力稱導(dǎo)電性，用電阻率來(lái)衡量。電阻率越小，金屬材料導(dǎo)電性越好。金屬導(dǎo)電性以銀為最好，銅、鋁次之。合金的導(dǎo)電性比純金屬差。電阻率小的金屬(純銅、純鋁)適于制造導(dǎo)電零件和電線。電阻率大的金屬或合金(如鎢、鉬、鐵、鉻、鋁)適于做電熱元件。

5.熱膨脹性

材料隨溫度變化而膨脹、收縮的特性。膨脹系數(shù)大的材料制造的零件,溫度變化時(shí),尺寸和形狀變化較大。軸和軸瓦之間要根據(jù)其膨脹系數(shù)來(lái)控制間隙尺寸；在熱加工和熱處理時(shí)要考慮材料的熱膨脹影響,減少工件變形和開(kāi)裂。第22頁(yè)/共170頁(yè)6.磁性鐵磁性材料:在外磁場(chǎng)中能強(qiáng)烈被磁化，如鐵、鈷。順磁性材料:在外磁場(chǎng)中只微弱被磁化，如錳、鉻?？勾判圆牧?能抗拒或削弱外磁場(chǎng)對(duì)材料本身的磁化作用，如銅、鋅等。鐵磁性材料制造變壓器、電動(dòng)機(jī)、測(cè)量?jī)x表等?？勾判圆牧嫌糜谝蟊苊怆姶艌?chǎng)干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料，如航海羅盤(pán)。居里點(diǎn)：鐵磁性材料當(dāng)溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，磁疇被破壞，變?yōu)轫槾朋w，這個(gè)轉(zhuǎn)變溫度稱為居里點(diǎn)。如鐵的居里點(diǎn)是770℃。第23頁(yè)/共170頁(yè)二、金屬的化學(xué)性能

1.耐腐蝕性

金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其它化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力稱耐腐蝕性。碳鋼、鑄鐵的耐腐蝕性較差；鈦及其合金、不銹鋼的耐腐蝕性好。鋁合金和銅合金有較好的耐腐蝕性。

第24頁(yè)/共170頁(yè)2.抗氧化性

金屬材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力稱抗氧化性。

加入Cr、Si等元素,可提高鋼的抗氧化性。

如4Cr9Si2可制造內(nèi)燃機(jī)排氣閥及加熱爐爐底板,料盤(pán)等。金屬材料主要以金屬鍵結(jié)合，其強(qiáng)韌性好，塑性變形能力強(qiáng)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，為主要的工程材料。

第25頁(yè)/共170頁(yè)金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能

金屬特性金屬鍵決定：良好導(dǎo)電性導(dǎo)熱性強(qiáng)韌性好，特別是很好的塑性變形能力正電阻溫度系數(shù)不透明、特有金屬光澤問(wèn)題：為什么絕大多數(shù)金屬具有超導(dǎo)特性？？第26頁(yè)/共170頁(yè)1.2

金屬材料的性能

金屬材料的性能：工藝性能

使用性能。

工藝性能

制造工藝過(guò)程中材料適應(yīng)加工的性能。

包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能、熱處理性能；

使用性能

材料在使用條件下表現(xiàn)出來(lái)的性能。

包括力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能第27頁(yè)/共170頁(yè)

一、鑄造性能

金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能，用流動(dòng)性、收縮性和偏析來(lái)衡量。鑄造1.流動(dòng)性

熔融金屬的流動(dòng)能力稱為流動(dòng)性。

完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。2.收縮性

鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，其體積和尺寸減少的現(xiàn)象稱為收縮性。

鑄件收縮不僅影響尺寸，還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開(kāi)裂等缺陷。故鑄造用金屬材料的收縮率越小越好。3.偏析

金屬凝固后，鑄錠或鑄件化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象稱為偏析。

偏析大會(huì)使鑄件各部分的力學(xué)性能有很大的差異，降低鑄件的質(zhì)量。第28頁(yè)/共170頁(yè)

二、鍛造性能

金屬材料用鍛壓加工方法成形的適應(yīng)能力稱鍛造性。鍛造

冷沖

金屬材料的塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。第29頁(yè)/共170頁(yè)

三、焊接性能

金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性稱焊接性。也就是在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。

鋼材的碳含量是焊接性好壞的主要因素。低碳鋼和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.18%的合金鋼有較好的焊接性能。碳含量和合金元素含量越高,焊接性能越差。

電弧焊

氣焊第30頁(yè)/共170頁(yè)四、切削加工性能

用切削后的表面粗糙度和刀具壽命來(lái)表示。

金屬材料具有適當(dāng)?shù)挠捕?170HBS～230HBS)和足夠的脆性時(shí)切削性良好。

改變鋼的化學(xué)成分(加少量鉛、磷)和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?低碳鋼正火，高碳鋼球化退火)可提高鋼的切削加工性能。銅有良好的切削加工性能。切削加工

第31頁(yè)/共170頁(yè)五、熱處理工藝性能鋼的熱處理工藝性能主要考慮其淬透性,即鋼接受淬火的能力。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金鋼淬透性比較好,碳鋼的淬透性較差。

鋁合金的熱處理要求較嚴(yán)。

銅合金只有幾種可以用熱處理強(qiáng)化。

第32頁(yè)/共170頁(yè)

舉例：σb(MPa)鋁合金400～600銅合金600～70040鋼(退火態(tài))50040鋼(調(diào)質(zhì)態(tài))800性能取決于哪些因素呢？①化學(xué)成分不同，性能不同

純鋁40

純銅60

純鐵200第二章常見(jiàn)金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

第33頁(yè)/共170頁(yè)②化學(xué)成分相同，處理方式不同，性能不同如：

0.8℅C的鋼鋸條→800℃，冷卻方式不同.

一根出爐后水冷，性硬而脆，一彎就斷；另一根隨爐緩慢冷卻，性軟，彎曲90°不斷。

又如：石墨和金剛石均由碳原子構(gòu)成，但性能迥異。原因：碳原子的空間排列方式不同即內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同第34頁(yè)/共170頁(yè)提高材料性能的主要途徑：一方面改變材料的化學(xué)成分，另一方面改進(jìn)材料的生產(chǎn)工藝，進(jìn)而改變材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)與性能。***材料科學(xué)研究的四要素及相互關(guān)系線：性能Performance加工工藝Process化學(xué)成分Composition組織結(jié)構(gòu)Construction

內(nèi)因

外因

第35頁(yè)/共170頁(yè)目的利用上述四要素關(guān)系和規(guī)律：（1）進(jìn)行科學(xué)研究；（2）指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐；（3）研制新合金材料。第36頁(yè)/共170頁(yè)金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能

內(nèi)容提要：

本章重點(diǎn)介紹金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織，包括純金屬的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和合金的結(jié)構(gòu)、金屬材料的組織。一般介紹金屬材料的性能。

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

本章重點(diǎn)掌握金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和合金的結(jié)構(gòu)，了解金屬材料的組織及性能。第37頁(yè)/共170頁(yè)四硼酸鋁銥釹晶體磷酸鈦氧鉀晶體四硼酸鋁釹晶體第38頁(yè)/共170頁(yè)第39頁(yè)/共170頁(yè)非晶體——原子排列短程有序或無(wú)序非晶體的特點(diǎn)是：①結(jié)構(gòu)無(wú)序；②物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性；③沒(méi)有固定的熔點(diǎn)；④熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）和膨脹性小。

材料的原子排列注意晶體與非晶體的區(qū)別與聯(lián)系第40頁(yè)/共170頁(yè)晶體——基元在三維空間呈規(guī)律性排列單個(gè)的原子、離子、分子或彼此等同的原子群或分子群等。

晶體的主要特點(diǎn)是：①結(jié)構(gòu)上長(zhǎng)程有序；②物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性；③有固定的熔點(diǎn)；④在一定條件下有規(guī)則的幾何外形(天然晶體才有)。⑤對(duì)稱性（周期性）。⑥最小內(nèi)能和最大穩(wěn)定性。注意：晶體和非晶體在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化第41頁(yè)/共170頁(yè)非晶體：蜂蠟、玻璃等。晶體：金剛石、NaCl、冰等。液體第42頁(yè)/共170頁(yè)原子（離子）的剛球模型原子中心位置

晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣鋼球模型—用鋼球代表空間排列的原子但難看清原子排列的規(guī)律和特點(diǎn)。可直觀地看出原子在各個(gè)方向的排列都是很規(guī)則的。怎么辦？第43頁(yè)/共170頁(yè)晶胞點(diǎn)陣（晶格）模型晶格(lattice)：將陣點(diǎn)用線連接起來(lái)形成的空間格子。陣點(diǎn)：將構(gòu)成晶體的原子或原子群抽象為純粹的幾何點(diǎn)?？臻g點(diǎn)陣：是一個(gè)幾何概念。是陣點(diǎn)在三維空間中形成的有規(guī)律的某種對(duì)稱排列。第44頁(yè)/共170頁(yè)XYZabc晶格常數(shù)a，b，c晶胞(unitcell)：是從晶格中選取出來(lái)的一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元，可用來(lái)分析晶體中原子排列的規(guī)律性。晶胞大小常用棱邊長(zhǎng)度和夾角來(lái)表示。第45頁(yè)/共170頁(yè)晶胞：能反映該晶格特征的最小組成單元。第46頁(yè)/共170頁(yè)晶胞的幾何特征：棱邊長(zhǎng)a、b、c

棱邊間夾角α、β、γa、b、c

稱為晶格常數(shù)。

金屬的晶格常數(shù)一般為:

1×10-10m～7×10-10m

(0.1nm～0.7nm)

晶胞不同元素組成的金屬晶體因晶格形式及晶格常數(shù)的不同，表現(xiàn)出不同的物理、化學(xué)和力學(xué)性能；金屬的晶體結(jié)構(gòu)可用X射線結(jié)構(gòu)分析技術(shù)進(jìn)行測(cè)定。第47頁(yè)/共170頁(yè)空間點(diǎn)陣是一種數(shù)學(xué)上的抽象!金剛石晶格模型(空間點(diǎn)陣)第48頁(yè)/共170頁(yè)晶體結(jié)構(gòu)=空間點(diǎn)陣+基元構(gòu)成晶體的基元在三維空間有規(guī)律的周期性的具體排列方式甲：空間點(diǎn)陣乙：基元，含有兩個(gè)不同的原子丙：晶體結(jié)構(gòu)第49頁(yè)/共170頁(yè)

布拉菲在1948年根據(jù)“每個(gè)陣點(diǎn)環(huán)境相同”的要求，用數(shù)學(xué)分析法證明晶體的空間點(diǎn)陣只有14種，稱為布拉菲點(diǎn)陣，分屬7個(gè)晶系。晶系邊長(zhǎng)夾角晶體實(shí)例立方a=b=cα=β=γ=90°Cu,NaCl四方a=b≠cα=β=γ=90°Sn,SnO2正交a≠b≠cα=β=γ=90°I2,HgCl2三方a=b=cα=β=γ≠90°Bi,Al2O3六方a1=a2=a3cα=β=90°γ=120°Mg,AgI單斜a≠b≠cα=γ=90°β=120°S,KClO3三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠90°CuSO4·5H2O七個(gè)晶系及有關(guān)特征空間點(diǎn)陣的種類第50頁(yè)/共170頁(yè)七個(gè)晶系(triclinic)(monoclinic)(orthorhombic)(tetragonal)(cubic)(rhombohedral)(hexagonal)第51頁(yè)/共170頁(yè)14種布拉菲空間點(diǎn)陣三斜P(pán)單斜C單斜P(pán)正交P立方P立方I立方F六方H三方R四方P四方I正交C正交F正交I第52頁(yè)/共170頁(yè)三種典型晶體結(jié)構(gòu)體心立方(body-centeredcubic)面心立方(face-centeredcubic)密排六方(hexagonalclose-packed)

三種典型晶體結(jié)構(gòu)第53頁(yè)/共170頁(yè)晶胞中所含原子數(shù):

是指一個(gè)晶胞內(nèi)真正包含的原子數(shù)目。配位數(shù):

是指在晶體結(jié)構(gòu)中，與任一原子最近鄰且等距離的原子數(shù)。原子半徑:

原子半徑是指晶胞中原子密度最大方向相鄰兩原子之間距離的一半。晶格參數(shù)

致密度:

是指晶胞中原子所占體積分?jǐn)?shù)，即K=nv′/V。式中，n為晶胞所含原子數(shù)、v′為單個(gè)原子體積、V為晶胞體積。間隙半徑：頂點(diǎn)原子至間隙中心的距離減去原子半徑。第54頁(yè)/共170頁(yè)

三種常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)

☆重點(diǎn)內(nèi)容1.體心立方晶格(胞)(BCC晶格)八個(gè)原子處于立方體的角上,一個(gè)原子處于立方體的中心,角上八個(gè)原子與中心原子緊靠。具有體心立方晶格的金屬有鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、α-鐵(α-Fe,<912℃)等。第55頁(yè)/共170頁(yè)密排方向第56頁(yè)/共170頁(yè)

體心立方晶胞特征：（1）晶格常數(shù)

a=b=c,α=β=γ=90°（2）晶胞原子數(shù)

角上原子屬8個(gè)相鄰晶胞，中心原子屬于該晶胞；一個(gè)體心立方晶胞所含的原子數(shù)為2個(gè)。第57頁(yè)/共170頁(yè)（3）原子半徑晶胞中相距最近的兩個(gè)原子之間距離的一半稱為原子半徑(r原子)；體心立方晶胞中原子半徑與晶格常數(shù)a之間關(guān)系為：第58頁(yè)/共170頁(yè)

（4）致密度

晶胞中原子占有的體積與該晶胞體積之比稱為致密度(也稱密排系數(shù))；致密度越大，原子排列緊密程度越大。

體心立方晶胞的致密度為：體心立方晶胞特征：第59頁(yè)/共170頁(yè)（5）空隙半徑

在晶胞空隙中放入球的最大半徑稱為空隙半徑。體心立方晶胞中有兩種空隙：

●四面體空隙半徑:r四=0.29r原子

●八面體空隙半徑:r八=0.15r原子

四面體空隙半徑八面體空隙半徑體心立方晶胞特征：第60頁(yè)/共170頁(yè)（6）配位數(shù)

配位數(shù):晶格中與任一個(gè)原子相距最近且距離相等的原子數(shù)目；配位數(shù)越大，原子排列緊密程度就越大；體心立方晶格的配位數(shù)為8。

體心立方晶胞特征：第61頁(yè)/共170頁(yè)2.面心立方晶格(胞)(FCC晶格)金屬原子分布在立方體的八個(gè)角上和六個(gè)面的中心。面中心的原子與該面四個(gè)角上的原子緊靠。

具有這種晶格的金屬：鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、γ-鐵(γ-Fe,912℃～1394℃)等。第62頁(yè)/共170頁(yè)第63頁(yè)/共170頁(yè)XYZabc密排方向第64頁(yè)/共170頁(yè)

面心立方晶胞的特征：（1）晶格常數(shù)：

a=b=c,α=β=γ=90°（2）晶胞原子數(shù)：4個(gè)

（3）原子半徑：

（4）致密度：0.74(74%)第65頁(yè)/共170頁(yè)（5）空隙半徑

●四面體空隙半徑:r四=0.225r原子

●八面體空隙半徑:r八=0.414r原子四面體空隙半徑八面體空隙半徑面心立方晶胞的特征：第66頁(yè)/共170頁(yè)222233331111（6）配位數(shù)

12

第67頁(yè)/共170頁(yè)3.密排六方晶格(胞)(HCP晶格)十二個(gè)金屬原子分布在六方體的十二個(gè)角上,在上下底面的中心各分布一個(gè)原子,上下底面之間均勻分布三個(gè)原子。具有這種晶格的金屬有鎂(Mg)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鈹(Be)等。第68頁(yè)/共170頁(yè)第69頁(yè)/共170頁(yè)密排六方晶胞特征：（1）晶格常數(shù)

正六邊形的邊長(zhǎng)a

兩底面之間的距離c

相鄰側(cè)面夾角120°

側(cè)面與底面夾角90°

第70頁(yè)/共170頁(yè)r=a/2（2）晶胞原子數(shù)

6（3）原子半徑第71頁(yè)/共170頁(yè)

（4）配位數(shù)：12第72頁(yè)/共170頁(yè)

（5）致密度：0.74(74%)

（6）空隙半徑：

●四面體空隙半徑為:

r四=0.225r原子●八面體空隙半徑為:

r八=0.414r原子

密排六方晶胞特征：第73頁(yè)/共170頁(yè)(7)軸比：c/a=1.633aACAaaaaaaDO第74頁(yè)/共170頁(yè)晶格參數(shù)一覽表

結(jié)構(gòu)類型原子半徑r原子數(shù)配位數(shù)致密度K=nυ/VfccA14120.74bccA2280.68hcpA3a/26120.74要求會(huì)計(jì)算并記憶第75頁(yè)/共170頁(yè)為什么面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)不同而其緊密程度相同？即配位數(shù)均為12，致密度均為0.74第76頁(yè)/共170頁(yè)最緊密堆積原理：晶體中各原子間的相互結(jié)合，可以看作是球體的堆積。球體堆積的密度越大，系統(tǒng)的勢(shì)能越低，晶體越穩(wěn)定，此即球體最緊密堆積原理。適用于：典型的離子晶體和金屬晶體。晶體中的原子堆垛方式第77頁(yè)/共170頁(yè)球體最緊密排列的平面就是密排面密排立方密排面為底面面心立方密排面為垂直于立方體空間對(duì)角線的對(duì)角面第78頁(yè)/共170頁(yè)a)b)bbbcccc)密排面上原子排列示意圖第79頁(yè)/共170頁(yè)第三層bbbABC第80頁(yè)/共170頁(yè)兩種三層堆疊方式ABA:第三層位于第一層正上方ABC:第三層位于一二層間隙第81頁(yè)/共170頁(yè)見(jiàn)P11圖1-13第82頁(yè)/共170頁(yè)體心立方結(jié)構(gòu)原子的堆垛方式AB

體心立方原子排列較為緊密的面為晶胞立方體的兩個(gè)斜對(duì)角線所組成的面，若將該面向四周擴(kuò)展，則如下圖所示。由圖可看出，這層原子面的空隙是由四個(gè)原子所構(gòu)成的，緊密程度較差（密排六方和面心立方密排面的空隙是由三個(gè)原子所構(gòu)成的），稱為次密排面。為獲得較緊密的排列，第二層次密排面(B層)的每個(gè)原子應(yīng)坐落在第一層(A層)空隙中心上，第三層原子位于第二層空隙處并與第一層的原子中心重復(fù)，以此類推。第83頁(yè)/共170頁(yè)晶體中的晶面和晶向通過(guò)晶體中原子中心的平面叫做晶面；通過(guò)原子中心的直線為原子列，代表的方向叫晶向。晶面、晶向用晶面指數(shù)、晶向指數(shù)表達(dá)。

1.立方晶系的晶面表示方法

第84頁(yè)/共170頁(yè)

以圖中的晶向DA為例。2.立方晶系的晶向表示方法

第85頁(yè)/共170頁(yè)立方晶胞中的主要晶向晶向OA：[100]晶向OB：[110]晶向OB’

：晶向指數(shù)一般標(biāo)記為[uvw]，表示一組原子排列相同的平行晶向。[111]第86頁(yè)/共170頁(yè)晶面：在晶體中，由一系列原子所構(gòu)成的平面。晶向：在晶體中，任意兩個(gè)原子之間連線所指的方向。表述不同晶面和晶向的原子排列情況及其在空間的位向稱為晶面指數(shù)和晶向指數(shù)。

∵不同的晶面和晶向上原子排列的疏密程度不同，原子間相互作用就不同晶面及晶向力學(xué)性能和理化性能也不同。第87頁(yè)/共170頁(yè)ABB’O晶向指數(shù)的確定方法：①建立以晶胞的邊長(zhǎng)作為單位長(zhǎng)度的坐標(biāo)系。設(shè)坐標(biāo)②從坐標(biāo)原點(diǎn)引一有向直線平行于待定晶向。③在直線上任取一點(diǎn)求出該點(diǎn)的坐標(biāo)值。求坐標(biāo)值④將所得坐標(biāo)值約成互質(zhì)整數(shù)（化整數(shù)），再加方括號(hào)[]。⑤若晶向指向坐標(biāo)負(fù)方向，則在晶向指數(shù)的這一數(shù)字之上冠以負(fù)號(hào)。[112][210][120]1晶向指數(shù)[uvw]第88頁(yè)/共170頁(yè)晶向指數(shù)相同，符號(hào)相反的為同一條直線原子排列相同但空間位向不同的所有晶向

——晶向族<uvw><100>包括[100][010][001][123][0ī0][0ī0]與[010]第89頁(yè)/共170頁(yè)例一、已知某過(guò)原點(diǎn)晶向上一點(diǎn)的坐標(biāo)為1、1.5、2，求該直晶向指數(shù)。將三坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)加方括弧得[234]。例二、已知晶向指數(shù)為[110],畫(huà)出該晶向。找出1、1、0坐標(biāo)點(diǎn),連接原點(diǎn)與該點(diǎn)的直線即所求晶向。[110][234]第90頁(yè)/共170頁(yè)2晶面指數(shù)（hkl）晶面指數(shù)的確定方法：①在以晶胞的邊長(zhǎng)作為單位長(zhǎng)度的坐標(biāo)系中取該晶面在各坐標(biāo)軸上的截距。（設(shè)坐標(biāo)、求截距）②取截距的倒數(shù)。取倒數(shù)③將倒數(shù)約成互質(zhì)整數(shù)（化整數(shù)），再加圓括號(hào)（）當(dāng)晶面平行某一晶軸，則晶面在該晶軸上截距為∞，倒數(shù)為0。第91頁(yè)/共170頁(yè)另外還有｛100｝｛111｝等晶面族晶面的空間位向不同但原子排列相同的所有晶面

——晶面族{hkl}立方晶系的｛110｝晶面族X(qián)XXXXXYYYYYYZZZZZZ(110)(101)(011)(ī10)(ī01)(0ī1)000000第92頁(yè)/共170頁(yè)晶面指數(shù)的數(shù)字和順序相同，符號(hào)相反則兩平面互相平行同一晶面族各平行晶面的面間距相等。如：(111)與(īīī)第93頁(yè)/共170頁(yè)例一、求截距為、1、晶面的指數(shù)。截距值取倒數(shù)為0、1、0，加圓括弧得（010）例二、求截距為2、3、晶面的指數(shù)。取倒數(shù)為1/2、1/3、0,按比例化為最小整數(shù)加圓括弧得（320）例三、畫(huà)出（112）晶面

取三指數(shù)的倒數(shù)1、1、1/2,化成最小整數(shù)為2、2、1，即為X、Y、Z三坐標(biāo)軸上的截距第94頁(yè)/共170頁(yè)[100][111]當(dāng)一個(gè)晶向[uvw]與一個(gè)晶面（hkl）平行時(shí)hu+kv+lw=0當(dāng)一個(gè)晶向[uvw]與一個(gè)晶面(hkl)垂直時(shí)h=uK=vl=w如：[100]晶向與（010）晶面平行如：[111]晶向與（111）晶面垂直3晶面與晶向的關(guān)系第95頁(yè)/共170頁(yè)晶面族與晶向族(hkl)與[uvw]分別表示的是一組平行的晶面和晶向。指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶面和晶向稱作晶面族或晶向族。分別用{hkl}和<uvw>表示。第96頁(yè)/共170頁(yè)立方晶系常見(jiàn)的晶面為：第97頁(yè)/共170頁(yè){110}（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY第98頁(yè)/共170頁(yè)立方晶系常見(jiàn)的晶向?yàn)椋旱?9頁(yè)/共170頁(yè)<111>[111][111][111][111]XZY第100頁(yè)/共170頁(yè)說(shuō)明：①

在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。②遇到負(fù)指數(shù)，“-”號(hào)放在該指數(shù)的上方。--③晶向具有方向性，如[110]與[110]方向相反。XZY(221)[221][110][110]第101頁(yè)/共170頁(yè)三種常見(jiàn)晶格的密排面和密排方向單位面積晶面上的原子數(shù)稱晶面原子密度。單位長(zhǎng)度晶向上的原子數(shù)稱晶向原子密度。原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面數(shù)量密排方向數(shù)量體心立方晶格{110}6<111>4面心立方晶格{111}4<110>6密排六方晶格六方底面1底面對(duì)角線3第102頁(yè)/共170頁(yè)

體心立方晶格中最密原子面是｛110｝，原子排列最密的方向是<111>。面心立方晶格中最密的原子面是｛111}，原子排列最密的方向是<110>。[100][111][110]ABCDEOF（110）第103頁(yè)/共170頁(yè)

晶面的截距可以為負(fù)數(shù),在指數(shù)上加負(fù)號(hào),如。若某個(gè)晶面的指數(shù)都乘以-1,則得到晶面,則晶面與屬于一組平行晶面。立方晶胞中的主要晶面晶面指數(shù)的一般標(biāo)記為(hkl)。實(shí)際表示一組原子排列相同的平行晶面。第104頁(yè)/共170頁(yè)晶面族：在立方晶系中,原子排列相同但在空間位向不同的晶面組成晶面族。晶面族用大括號(hào)表示,即{hkl}。{111}晶面族在立方晶胞中

組成{111}晶面族：第105頁(yè)/共170頁(yè)若兩個(gè)晶向的全部指數(shù)數(shù)值相同而符號(hào)相反,則它們相互平行或?yàn)橥辉恿?但方向相反。如[110]與。若只研究原子排列情況,則晶向[110]與可用同一個(gè)指數(shù)[110]表示。第106頁(yè)/共170頁(yè)晶向族原子排列情況相同而在空間位向不同的晶向組成晶向族。晶向族用尖括號(hào)表示,即<uvw>。如:<100>=[100]+[010]+[001]第107頁(yè)/共170頁(yè)在立方晶系中,一個(gè)晶面指數(shù)與一個(gè)晶向指數(shù)數(shù)值和符號(hào)相同時(shí),則該晶面與該晶向互相垂直。如：(111)⊥[111]。晶面與晶向互相垂直第108頁(yè)/共170頁(yè)4.密排面和密排方向

不同晶體結(jié)構(gòu)中不同晶面、不同晶向上原子排列密度不一樣。密排面：原子密度最大的晶面。密排方向：原子密度最大的晶向。

●在體心立方晶格中，密排面為{110}。

密排方向?yàn)?lt;111>。

●在面心立方晶格中,

密排面為{111}。密排方向?yàn)?lt;110>。第109頁(yè)/共170頁(yè)體心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度晶面

指數(shù)體心立方晶格面心立方晶格晶面原子排列示意圖晶面原子密度(原子數(shù)/面積)晶面原子排列示意圖晶面原子密度(原子數(shù)/面積){100}{110}

{111}第110頁(yè)/共170頁(yè)體心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度晶向

指數(shù)體心立方晶格面心立方晶格晶向原子排列示意圖晶向原子密度(原子數(shù)/長(zhǎng)度)晶向原子排列示意圖晶向原子密度(原子數(shù)/長(zhǎng)度)<100>

<110><111>第111頁(yè)/共170頁(yè)XYZXYZ晶體的各向異性原因:不同晶面或晶向上原子密度不同引起各種性能不同的現(xiàn)象。是晶體的一個(gè)重要特性，是區(qū)別于非晶體的一個(gè)重要標(biāo)志第112頁(yè)/共170頁(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中，一般見(jiàn)不到金屬材料的各向異性特征。這是為什么呢？第113頁(yè)/共170頁(yè)多晶體:

實(shí)際應(yīng)用的工程材料中，哪怕是一塊尺寸很小材料，都包含著許許多多的小晶粒，每個(gè)小晶粒都是由大量位向相同的晶胞組成的，而各個(gè)小晶粒之間，彼此的位向卻不相同。稱這種由多個(gè)小晶粒組成的晶體為“多晶體”。

由于多晶體晶粒與晶粒之間位向是任意的，晶粒的各向異性互相抵消，整個(gè)晶體不顯示各向異性，稱之為偽等向性。第114頁(yè)/共170頁(yè)晶粒：多晶體材料中每個(gè)小晶體的外形多為不規(guī)則的顆粒狀，通常把它們叫做“晶?！?。

晶界：晶粒與晶粒之間的分界面叫“晶界”。為了適應(yīng)兩晶粒間不同晶格位向的過(guò)渡，在晶界處的原子排列總是不規(guī)則的。

第115頁(yè)/共170頁(yè)單晶體:

一塊晶體材料，其內(nèi)部的晶體位向完全一致時(shí)，即整個(gè)材料是一個(gè)晶體，這塊晶體就稱之為“單晶體”。在實(shí)用材料中，如半導(dǎo)體集成電路用的單晶硅、專門(mén)制造的晶須和其他一些供研究用的材料。實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)特殊工藝制備單晶體。第116頁(yè)/共170頁(yè)例子：純鐵912℃以下體心立方α-Fe912

～1394℃

面心立方γ-Fe

1394℃

至熔點(diǎn)體心立方δ-Fe※多晶型轉(zhuǎn)變將伴隨體積突變和其他性能變化

當(dāng)外部的溫度和壓強(qiáng)改變時(shí)，有些金屬會(huì)由一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，稱之為多晶型轉(zhuǎn)變，又稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。多晶型轉(zhuǎn)變(同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變)第117頁(yè)/共170頁(yè)小結(jié)晶體的特性（晶態(tài)與非晶態(tài)的區(qū)別）晶體結(jié)構(gòu)及空間點(diǎn)陣三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)（重點(diǎn)）晶向指數(shù)與晶面指數(shù)（重點(diǎn)）晶體的各向異性、偽等向性、多晶型性第118頁(yè)/共170頁(yè)金屬晶體的特性

1.金屬晶體具有確定的熔點(diǎn)

純金屬緩慢加熱到一定溫度,固態(tài)金屬熔化成為液態(tài)金屬。熔化過(guò)程中溫度不變。熔化溫度(T0)稱為熔點(diǎn)。晶體和非晶體的熔化曲線非晶體材料在加熱時(shí),固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí),溫度變化。第119頁(yè)/共170頁(yè)2.金屬晶體具有各向異性

在晶體中,不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，它們之間的結(jié)合力的大小也不相同，因而金屬晶體不同方向上的性能不同。這種性質(zhì)叫做晶體的各向異性?！駟尉w鐵(只含一個(gè)晶粒)的彈性模量，

<111>方向上為2.90×105MPa,<100>方向上只有1.35×105MPa。

●單晶體鐵在磁場(chǎng)中沿<100>方向磁化容易。制造變壓器用的硅鋼片的<100>方向應(yīng)平行于導(dǎo)磁方向，以降低變壓器的鐵損。

●鋅在鹽酸中溶解時(shí)，晶面的溶解速度的次序從大到小是：第120頁(yè)/共170頁(yè)

各向異性：晶體在不同的方向上的力學(xué)、物理和化學(xué)等方面的性能不一樣。

各向同性：非晶體在各個(gè)方向上性能完全相同，這種性質(zhì)叫非晶體的各向同性。偽各向同性：實(shí)際使用的金屬,內(nèi)部有許多晶粒組成，每個(gè)晶粒在空間分布的位向不同，在宏觀上沿各個(gè)方向上的性能趨于相同，晶體的各向異性顯示不出來(lái)。第121頁(yè)/共170頁(yè)☆練習(xí)

寫(xiě)出體心立方晶格、面心立方晶格的密排面和密排方向。第122頁(yè)/共170頁(yè)晶體缺陷類型（1）點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、異類（雜質(zhì)）原子（2）線缺陷：位錯(cuò)（3）面缺陷：晶界與亞晶界（4）體缺陷：氣泡、空洞、鑲嵌塊、沉淀相第123頁(yè)/共170頁(yè)一、點(diǎn)缺陷在三維尺度上都很小的的缺陷。如果間隙原子是其它元素就稱為:

異類原子

（雜質(zhì)原子）空位

間隙原子實(shí)際金屬中的晶體缺陷

實(shí)際金屬存在不同類型的缺陷。第124頁(yè)/共170頁(yè)（1）空位晶格中某結(jié)點(diǎn)上沒(méi)有原子。有利于金屬內(nèi)部原子的擴(kuò)散。（2）間隙原子位于晶格間隙之中的原子叫間隙原子。第125頁(yè)/共170頁(yè)（3）異類原子純金屬中存在的其它元素?！癞愵愒优c金屬原子的半徑接近時(shí),占據(jù)晶格的一些結(jié)點(diǎn);

●異類原子的半徑比金屬原子的半徑小得多,位于晶格的空隙中。異類原子

老師提示：點(diǎn)缺陷造成局部晶格畸變,使金屬的電阻率、屈服強(qiáng)度增加,密度發(fā)生變化。

第126頁(yè)/共170頁(yè)指兩維尺度很小而第三維尺度很大的缺陷，叫位錯(cuò)。由晶體中原子平面的錯(cuò)動(dòng)引起。二、線缺陷

——

刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)第127頁(yè)/共170頁(yè)二、線缺陷

——

刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)

（1）刃型位錯(cuò)第128頁(yè)/共170頁(yè)刃型位錯(cuò)：晶體的一部分出現(xiàn)一個(gè)多余的半原子面，如切入晶體的刀片，刀片的刃口線即為位錯(cuò)線。半原子面在上面的稱正刃型位錯(cuò),半原子面在下面的稱負(fù)刃型位錯(cuò)。第129頁(yè)/共170頁(yè)位錯(cuò)第130頁(yè)/共170頁(yè)地毯挪動(dòng)第131頁(yè)/共170頁(yè)第132頁(yè)/共170頁(yè)晶體局部滑移造成的刃型位錯(cuò)

刃型位錯(cuò)形成的原因特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，符號(hào)⊥，有多余半片原子面。第133頁(yè)/共170頁(yè)（2）螺型位錯(cuò)第134頁(yè)/共170頁(yè)螺型位錯(cuò)示意圖第135頁(yè)/共170頁(yè)螺型位錯(cuò)：晶體右邊的上部相對(duì)于下部向后錯(cuò)動(dòng)一個(gè)原子間距，晶面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)區(qū)的原子用線連接起來(lái)，成螺旋狀。第136頁(yè)/共170頁(yè)晶體局部滑移造成的螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)的形成原因特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線平行，與位錯(cuò)線垂直的面不是平面，呈螺絲狀，稱螺型位錯(cuò)。第137頁(yè)/共170頁(yè)a-正常面網(wǎng)b-刃型位錯(cuò)c-螺型位錯(cuò)線缺陷原子面網(wǎng)示意圖第138頁(yè)/共170頁(yè)刃型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)混合型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)塑性變形中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)第139頁(yè)/共170頁(yè)位錯(cuò)的形成：在金屬的結(jié)晶、塑性變形和相變等過(guò)程中形成。位錯(cuò)的量：用位錯(cuò)線長(zhǎng)度來(lái)表示。位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積中位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度，即

式中：ρ

為位錯(cuò)密度,單位為m-2，

ΣL

為位錯(cuò)線總長(zhǎng)度,單位為m,

V為體積,單位為m3。第140頁(yè)/共170頁(yè)位錯(cuò)對(duì)性能的影響：

退火金屬中位錯(cuò)密度一般為1010～12m-2

左右。

●當(dāng)金屬為理想晶體或含極少量位錯(cuò)時(shí),金屬的屈服強(qiáng)度σs

很高?！癞?dāng)含有一定量的位錯(cuò)時(shí),強(qiáng)度降低?！癞?dāng)進(jìn)行形變加工時(shí),位錯(cuò)密度增加,σs

將會(huì)增高。不銹鋼中的位錯(cuò)線金屬的強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系第141頁(yè)/共170頁(yè)三、面缺陷晶粒（單晶體）晶界涉及較大范圍（二維方向），如：晶界、晶體的表面及堆垛層錯(cuò)。第142頁(yè)/共170頁(yè)亞晶界晶界(grainboundary)：多數(shù)晶體物質(zhì)是由許多晶粒所組成,屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面.亞晶界(subgrainboundary)：每個(gè)晶粒有時(shí)又由若干個(gè)位向稍有差異的亞晶粒所組成,相鄰亞晶粒間的界面稱為亞晶界.晶粒的平均直徑通常在0.015~0.25nm范圍內(nèi),而亞晶粒的平均直徑則通常為0.001nm.晶界和亞晶界第143頁(yè)/共170頁(yè)面缺陷二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷。（1）晶界實(shí)際金屬為多晶體，每個(gè)晶粒可視為單晶體。所有晶粒結(jié)構(gòu)相同,位向不同,位向差為幾十分、幾度或幾十度。1Cr17不銹鋼的多晶體

晶界原子排列示意圖晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界。晶界在空間呈網(wǎng)狀；晶界上原子的排列規(guī)則性較差。第144頁(yè)/共170頁(yè)（2）亞晶界晶粒由許多位向相差很小的亞晶粒(嵌鑲塊)組成。亞晶粒之間的位向差只有幾秒、幾分，最多達(dá)1～2度。亞晶粒之間的邊界叫亞晶界。亞晶界可由位錯(cuò)垂直排列成位錯(cuò)墻而構(gòu)成。晶界和亞晶界均可提高金屬的強(qiáng)度。晶界越多,晶粒越細(xì),金屬的塑性變形能力越大,塑性越好。亞晶界第145頁(yè)/共170頁(yè)根據(jù)相鄰晶界之間的位向差（θ）不同，晶界可以分為兩類：小角度晶—兩相鄰晶粒的位向差約小于10°，即θ<10°，一般由位錯(cuò)組成。大角度晶界

—兩晶粒間的位向差較大，一般大于10°晶界演示圖●0o－10o●10o－180o第146頁(yè)/共170頁(yè)

攣晶關(guān)系非共格攣晶界孿晶——相鄰兩晶?；蛞粋€(gè)晶粒內(nèi)部相鄰兩部分沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系。公共晶面就稱為孿晶面。孿晶間的界面稱為孿晶界。第147頁(yè)/共170頁(yè)1.1.2

合金的晶體結(jié)構(gòu)

組元：組成合金的獨(dú)立的、最基本的單元。組元可以是金屬、非金屬元素或穩(wěn)定化合物。合金

一種金屬元素同另一種或幾種其它元素,通過(guò)熔化或其它方法結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的物質(zhì)。二元合金：由兩個(gè)組元組成的合金，如鐵碳合金、銅鎳合金、鋁銅合金等。合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能比純金屬高許多；某些合金還具有特殊的電、磁、耐熱、耐蝕等物理、化學(xué)性能。合金的應(yīng)用比純金屬?gòu)V泛得多。第148頁(yè)/共170頁(yè)相：

在金屬或合金中，凡化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開(kāi)的均勻組成部分。液態(tài)物質(zhì)為液相；固態(tài)物質(zhì)為固相。固態(tài)合金中有兩類基本相：

固溶體金屬化合物第149頁(yè)/共170頁(yè)

一、固溶體合金組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體。與固溶體晶格相同的組元為溶劑（含量較多），另一組元為溶質(zhì)（含量較少）。固溶體用α、β、γ等符號(hào)表示；A、B組元組成的固溶體也可表示為A(B),其中A為溶劑,B為溶質(zhì)。如：銅鋅合金中鋅溶入銅中形成的固溶體一般用α表示,亦可表示為Cu(Zn)。第150頁(yè)/共170頁(yè)固溶體的分類（1）按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分

●置換固溶體:溶質(zhì)原子代換了溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)上的原子;

●間隙固溶體溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙之中。置換固溶體間隙固溶體第151頁(yè)/共170頁(yè)（2）按溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度分

分為有限固溶體和無(wú)限固溶體兩種。

固溶體中溶質(zhì)的含量即為固溶體的濃度，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)表示。在一定溫度和壓力條件下，溶質(zhì)在固溶體中的極限濃度即為溶質(zhì)在固溶體中的溶解度?！裼邢薰倘荏w超過(guò)溶解度有其它相形成?！駸o(wú)限固溶體溶質(zhì)可以任意比例溶入，即溶質(zhì)溶解度可達(dá)100%。第152頁(yè)/共170頁(yè)（3）按溶質(zhì)原子在固溶體中分布有否規(guī)律分

●無(wú)序固溶體：溶質(zhì)原子無(wú)規(guī)則分布●有序固溶體：溶質(zhì)原子規(guī)則分布有序化轉(zhuǎn)變：在一定條件下，一些合金的無(wú)序固溶體可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w。無(wú)序固溶體有序固溶體第153頁(yè)/共170頁(yè)2.固溶體的性能固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。通過(guò)形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是金屬?gòu)?qiáng)化的一種重要形式：在溶質(zhì)含量適當(dāng)時(shí)，可顯著提高材料的強(qiáng)度和硬度，而塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。第154頁(yè)/共170頁(yè)如：●純銅的σb為220MPa,硬度為40HB,斷面收縮率ψ為70%?！癞?dāng)加入1%的鎳形成單相固溶體后,強(qiáng)度升高到390MPa,硬度升高到70HB,而斷面收縮率仍有50%。固溶體綜合機(jī)械性能很好,常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相。固溶體與純金屬相比,物理性能有較大的變化,如電阻率上升,導(dǎo)電率下降,磁矯頑力增大。第155頁(yè)/共170頁(yè)

二、金屬化合物

金屬化合物一般熔點(diǎn)較高,硬度高,脆性大。

合金中含有金屬化合物時(shí),強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高,而塑性和韌性降低。合金組元相互作用形成的晶格類型和特性完全不同于任一組元的新相即為金屬化合物,或稱中間相。第156頁(yè)/共170頁(yè)1.正常價(jià)化合物嚴(yán)格遵守化合價(jià)規(guī)律的化合物稱正常價(jià)化合物。由元素周期表中相距較遠(yuǎn)、電負(fù)性相差較大的兩元素組成，可用確定的化學(xué)式表示。大多數(shù)金屬和ⅣA族、Ⅴ族、ⅥA族元素生成Mg2Si、Mg2Sb3、Mg2Sn、Cu2Se、ZnS、AlP及β-SiC等。性能特點(diǎn)是硬度高、脆性大。第157頁(yè)/共170頁(yè)2.電子化合物不遵守化合價(jià)規(guī)律但符合于一定電子濃度(化合物中價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比)的化合物叫做電子化合物。由ⅠB族或過(guò)渡族元素與ⅡB族、ⅢA族、ⅣA族、ⅤA族元素所組成。一定電子濃度的化合物相應(yīng)有確定的晶體結(jié)構(gòu),并且還可溶解其組元,形成以電子化合物為基的固溶體。第158頁(yè)/共170頁(yè)電子化合物生成時(shí),元素的每個(gè)原子所貢獻(xiàn)的價(jià)電子數(shù)：

Au、Ag、Cu為1個(gè)，Be、Mg、Zn為2個(gè)，

Al為3個(gè)，F(xiàn)e、Ni為0個(gè)Cu-Zn合金中電子化合物：性能：主要以金屬鍵結(jié)合,具有明顯的金屬特性,導(dǎo)電，熔點(diǎn)和硬度較高，但塑性較差，有色金屬中重要的強(qiáng)化相。CuZn體心立方晶格，電子濃度21/14（3/2）Cu5Zn8

復(fù)雜立方晶格，電子濃度21/13CuZn3

密排六方晶格，電子濃度21/12（7/4）第159頁(yè)/共170頁(yè)3.間隙化合物由過(guò)渡族金屬元素與碳、氮、氫、硼等原子半徑較小的非金屬元素形成的化合物。

（1）間隙相當(dāng)非金屬