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第二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎1/67材料結(jié)構(gòu)：材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)有不一樣層次宏觀組織結(jié)構(gòu)、顯微組織結(jié)構(gòu)、原子或分子排列結(jié)構(gòu)、原子中電子結(jié)構(gòu)2/67原子中電子結(jié)構(gòu)1.電子含有波粒二象性電子狀態(tài)用波函數(shù)進行描述原子中一個電子空間位置和能量用四個量子數(shù)表示2.多電子原子中，核外電子排布規(guī)律3/67原子之間相互作用和結(jié)合原子電子結(jié)構(gòu)決定了原子鍵合本身。原子間結(jié)合鍵分類及特點4/67化學鍵合小結(jié)：5/67物理鍵合范德華力，氫鍵影響分子間作用力原因氫鍵作用6/67多原子體系中電子相互作用分子中電子運動狀態(tài)稱為分子軌道；分子軌道可由原子軌道線性組合而成；分子中電子在整個分子范圍內(nèi)運動。分子軌道理論7/67晶體結(jié)構(gòu)晶體學基礎：晶體概念，晶體特征空間點陣：晶系與布拉菲點陣晶面、晶向指數(shù)；晶面指數(shù)確實定及晶面族經(jīng)典純金屬晶體結(jié)構(gòu)：三種經(jīng)典金屬晶體結(jié)構(gòu)，fcc、bcc、hcp，以及各自晶體學特征8/67晶胞中原子數(shù)、原子半徑、配位數(shù)與致密度，晶面間距9/67固溶體固溶體概念、特征、分類10/67空位與位錯晶體中缺點，晶體缺點分類；晶體缺點形成點缺點：點缺點種類、形成、點缺點平衡濃度，點缺點對材料性能影響位錯：位錯基本類型及特征柏氏矢量確定方法位錯運動11/67二元合金相圖勻晶相圖、共晶相圖及相關(guān)概念12/67二元勻晶平衡圖兩組元在液態(tài)和固態(tài)均無限互溶所組成合金平衡圖二元共晶平衡圖兩組元在液態(tài)時無限互溶，在固態(tài)時有限互熔且有共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)生平衡圖13/67原子中一個電子空間位置和能量可用哪四個量子

數(shù)來決定？盡管HF相對分子質(zhì)量較低，請解釋為何HF沸

點要比HCl高？3.標出面心立方晶胞中(111)面上各點坐標，并判斷[110]是否位于(111)面上？4.標出含有以下密勒指數(shù)晶面和晶向：立方晶系(421)，

（123），[211]5.計算面心立方晶體（100）,(110)，（111）晶面面間距，

指出面間距最大面。14/676.7.8.在鉛（100）平面上，1mm2有多少原子？已知鉛為fcc面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑R=0.175*10-6mmNi晶體結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑為r=0.1243nm，試求Ni晶格常數(shù)和密度。15/679.16/6717/67主量子數(shù)n、軌道角動量量子數(shù)l，磁量子數(shù)m，

自旋角動量量子數(shù)2.因為HF分子間結(jié)協(xié)力是氫鍵，而HCl分子間結(jié)協(xié)力是范德華力，氫鍵鍵能高于范德華

力鍵能，所以HF沸點要比HCl高。

解答：18/673.0,0,11,0,00,1,019/67xy.z0,0,0..1/2,1/2,01,1,1.在下列圖畫出晶面（123）（421）,[211]-y取倒數(shù)，1/4,1/2,1；找截距，作圖...（123）取倒數(shù)，1,1/2,1/3；找截距，作圖.20/67晶向指數(shù)確定1以晶胞為基礎建立坐標系2過原點作一有向直線OP，使其平行于待標定晶向AB。3選取OP上離原點最近結(jié)點坐標(x,y,z)。4將坐標比化為簡單整數(shù)比：x:y:z=u:v:w，把所得最小整數(shù)組(沒有公倍數(shù))加上方括號即為AB晶向晶向指數(shù)[uvw]。若其中某數(shù)為負，則將負號標于該數(shù)上方(如[uvw])。21/6722/67指數(shù)相同晶向和晶面必定垂直（u=h，v=k，w=l）。

如[111]⊥(111)2.當一晶向[uvw]位于或平行某一晶面（hkl）時，則必定滿足：h·u+k·v+l·w=0兩點規(guī)律23/675.立方晶系,簡單晶胞0.35a0.577a24/67晶面間距計算：立方晶系簡單立方：面心立方：體心立方：當h+k+l=奇數(shù)時當（hkl）不全為奇數(shù)或偶數(shù)時，25/676.所以，對應此譜線密勒指數(shù)是：26/67立方晶胞{110}晶面族27/677.nmg/cm328/678.在鉛（100）平面上，1mm2有多少原子？已知鉛為fcc面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑R=0.175*10-6mm解：（100）平面上一個晶胞中原

子數(shù)是原子半徑與點陣常熟關(guān)系為：1（100）平面面積是：a2a2=0.2449*10-12mm2故1mm2面積原子個數(shù)是：1/0.2449*10-12=4.08*101229/67下列圖所表示為鉛錫（Pb-Sn）相圖30/67室溫平衡組織：31/67（3）32/67二元相圖33/6733共晶反應：合金在冷卻到某一溫度時，由一定成分液相同時結(jié)晶出成份不一樣、結(jié)構(gòu)不一樣兩個固相，這就是共晶反應（L

）。反應產(chǎn)物是兩個固相混合物，稱為共晶組織或共晶體。共晶相圖：兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限互溶，冷卻時發(fā)生共晶反應。共晶系合金有：Pb-Sn、Al-Si等共晶轉(zhuǎn)變---從一個均勻液相中能夠同時結(jié)晶出兩個成份截然不一樣固相幾個概念34/67共晶轉(zhuǎn)變特征成份在共晶線范圍合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。

共晶轉(zhuǎn)變在恒溫下進行。

轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一個液相中結(jié)晶出兩個不一樣固相。

存在一個確定共晶點。在該點凝固溫度最低。35/67一、共晶相圖分析4.溶解度線----cf線由α→βⅡ

cg線由β

→αⅡ183℃（一）點(二)線a點：純Pb熔點（328°C）；b點：純Sn熔點（232°C）；d點：共晶點1.液相線-----adb線2.固相線-----acdeb

線3.二元共晶線-cde線，即d點成份液相在共晶溫度(Td)同時結(jié)晶出(αc+βe)二元共晶組織。二元共晶反應:(α+β)L恒溫adcbefg36/6736共晶相圖分析三個單相區(qū)－L、α、β三個雙相區(qū)－L＋α、L＋

β、α

+β一個三相共存線（區(qū)）－L+α+β（三）相及相區(qū)L－Pb與Sn形成液溶體；α－Pb(Sn)β－Sn(Pb）α、β均為有限置換固溶體。相區(qū)：adcbefg37/6737二、經(jīng)典合金平衡結(jié)晶過程1、合金1室溫組織：a+bⅡ組成相：a、b兩相相對含量：a％＝

100%b％＝

100%adcbefg38/67382、合金Ⅱ183℃(1)T＝Td溫度時，發(fā)生二元共晶反應生成二元共晶組織（α＋β

），反應式為：L(α+β)(2)當T<Td溫度時，α成份沿cf線改變，由α→βⅡβ成份沿eg線改變由β→αⅡ

（βⅡ，αⅡ

為二次相）(3)室溫組織：（α＋β）+βⅡ+αⅡ.但因為二次相不易觀察故忽略不計，故室溫組織為（α＋β）共晶體39/6739×100%

共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時兩相α和β相對重量為:Wβ==Wα=×100%=40/67在冷卻到室溫時,兩相相對重量變?yōu)?/p>

adcbefg41/67共晶合金平衡結(jié)晶過程及室溫平衡組織共晶合金平衡結(jié)晶過程PbWSn(%)T/℃L

183327.5A19MFL+

+61.9E

IILt1t1'L(+)(+)(+)t/sT/℃LL()()42/67概括起來，共晶合金平衡結(jié)晶過程為：共晶溫度以上：共晶溫度：共晶溫度以下：室溫組織：液態(tài)L61.9共晶轉(zhuǎn)變

L61.9

(

19

97.5)二次結(jié)晶

Ⅱ，

Ⅱ（

+

）共晶[因為Ⅱ和Ⅱ常與共晶和相連，顯微鏡下極難分辨，室溫組織為：（

+）共晶]43/67共晶合金室溫平衡組織特征共晶組織基本特征是兩相均勻并交替分布，依據(jù)合金組元不一樣，共晶組織形態(tài)各異，有層片狀、棒狀、球狀、針狀等。44/67（Pb-Sn）共晶組織（層片狀）45/67（Al-Si）共晶組織（針狀）46/673.合金Ⅲ47/6747亞共晶和過共晶合金平衡結(jié)晶過程

及室溫組織亞共晶合金：以Pb-Sn相圖為例，成份在M、E

之間Pb-Sn合金。PbSnWSn(%)TMENBAGF過共晶合金:

成份在E、N之間Pb-Sn合金。48/67

IIILL

亞共晶合金平衡結(jié)晶過程分析L

(+)(+)+Ⅱt1t2t1t2t2'10203040506070100200300

PbWSn(%)T/℃L

183327.5A19ML+

+61.9E

(+)t/sT/℃LLαL()α

Ⅱ49/67亞共晶組織（50%SnPb-Sn合金）共晶()初生

Ⅱ50/67室溫組織中相組成物相對重量為:合金Ⅲ結(jié)晶特點1當T在T1～T2之間時，由L→α初，隨T↓，L↓，α％↑。2當T＝Td溫度時，剩下液相發(fā)生共晶反應生成二元共晶組織（α+β）.至液相消失。此時組織為α初＋（α＋β）3當T<Td溫度時，α成份（初晶和共晶）沿cf線改變，由α→βⅡ，β（共晶）成份沿eg線改變由β→αⅡ。室溫組織：

初＋(

＋

)＋

ⅡWα=×100%,Wβ=×100%

室溫相組成：

＋

51/6751合金3室溫組織組成物相對重量計算室溫組織中組織組成物相對重量為:Wα初=×100%

100%W（α＋β）=LLaα＋βa

ⅡW

Ⅱ=

Wα初=

100%Wα=

100%adcbefg52/67524.過共晶合金（合金Ⅳ）

室溫組織：β初+(α+β）+αⅡ53/6753SnPbWSn(%)

L

BAMNGFL+

L+

+E

T/℃t/sT/℃t1t2t2'LL

L

(+)(+)

(+)

Ⅱ

過共晶合金平衡結(jié)晶過程分析LLL()

αⅡ

t1t2ⅳ54/67概括起來，過共晶合金平衡結(jié)晶過程為：t1溫度以上：t1~t2溫度：t2溫度時發(fā)生共晶反應：室溫組織：t2溫度以下：液態(tài)L70液相中析出，

L

L61.9(

19

97.5)

初

Ⅱ

初+

Ⅱ+

（

+）共晶55/67過共晶平衡組織（70%SnPb-Sn合金）共晶()初生

Ⅱ56/67共晶相圖組織組成圖57/6757二元包晶相圖分析什么叫包晶轉(zhuǎn)變？

合金在冷卻到某一溫度時，已結(jié)晶出一定成份固相和它周圍還未結(jié)晶一定成份液相發(fā)生反應，結(jié)晶出另外一個固相，這就是包晶反應。即：L

1、基本概念許多合金系都含有包晶轉(zhuǎn)變，比如Pt-Ag、Sn-Ag、Cd-Hg、Cu-Zn、Cu-Sn等。Pt-Ag合金相圖是一個比較簡單包晶相圖，下面以此為例進行分析。58/67PtAg%T/CL

+

L

+

L

+

CPDEFAAg118610.542.466.31772961.9包晶反應：LP+

C

D

液相線固相線

固溶線

固溶線包晶點包晶線Pt-Ag合金相圖2.相圖分析59/673.包晶合金平衡結(jié)晶過程與室溫組織11DD'LL

L

包晶合金平衡結(jié)晶過程PtAg%T/CL

+

L

+

L

+

CPDEFAAg118610.542.466.3T/℃t/s

ⅡLLαL

βαⅡ60/67概括起來，包晶合金平衡結(jié)晶過程為：液相線到包晶溫度之間：液態(tài)L

包晶溫度（1186℃）：包晶轉(zhuǎn)變L66.3

10.5

42.4包晶溫度以下：

Ⅱ室溫組織：

+

Ⅱ包晶