金屬金屬學及熱處理-第一章 材料結(jié)構(gòu)與性能

1、金屬學及熱處理Metallography (b)晶胞;(c)晶胞原子數(shù),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),B.C.C.晶胞特征： 晶胞參數(shù)：abc，90o 晶胞原子數(shù)：nBCC2 （1/8812） 原子半徑：晶胞中相距最近的兩個原子之間的距離的一半，或晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子之間距離的一半（ra） 配位數(shù)：晶格中與任一個原子等距且相距最近的原子數(shù)目，表示原子排列的緊密程度，（N）NBCC8,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),致密度（密排系數(shù)）：晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比，表征原子排列的緊密程度（K） n晶胞原子數(shù)，V1原子體積，V晶胞體積,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),B.C.C.晶

2、胞晶體間隙,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),間隙半徑：晶胞間隙中能放入剛性球的最大半徑（r） 四面體間隙：不對稱間隙（rF） or 八面體間隙：不對稱間隙（rE） or rF rE,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),2、面心立方晶格（Face-Centered Cubic Lattice, F.C.C.) 常見的具有面心立方晶格的金屬鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、- 鐵(- Fe， 9121394 ）等 面心立方晶胞(a)剛球模型;(b)晶胞;(c)晶胞原子數(shù),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),F.C.C.晶胞特征： 晶胞參數(shù)：abc，90o 晶胞原子數(shù)：nFCC4 （1/

3、881/264） 原子半徑： 配位數(shù)：NFCC12 致密度（密排系數(shù)）：,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),F.C.C.晶胞晶體間隙,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),四面體間隙：正四面體間隙（rF） or 八面體間隙：正八面體間隙（rE） or rF rE,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),3、密排六方晶格（Hexagonal Close-Packed Lattice, H.C.P.） 常見的具有面心立方晶格的金屬鎂(Mg)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鈹(Be)等 面心立方晶胞(a)剛球模型;(b)晶胞;(c)晶胞原子數(shù),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),H.C.P.晶胞特征： 晶胞參數(shù)：ab c，90o ,

4、120o 晶胞原子數(shù)：nHCP4 （1/6121/2236） 原子半徑： 配位數(shù)：NHCP12 致密度（密排系數(shù)）( ),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),H.C.P.晶胞晶體間隙,八面體間隙,四面體間隙,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),四面體間隙：正四面體間隙（rF） or 八面體間隙：正八面體間隙（rE） or rF rE,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),思考： 鋼淬火時體積如何變化？為什么？ 提示：體積膨脹。原因：鋼淬火時，A轉(zhuǎn)變?yōu)镸，A為F.C.C.結(jié)構(gòu)，M為B.C.C.結(jié)構(gòu)，而F.C.C.和B.C.C.的致密度分別為74%和68%。 -Fe中最多能容納2.11%的C ，而-Fe中最多只能容納

5、0.0218%的C，為什么？ 提示：因為C常溶于八面體間隙中，-Fe和-Fe分別為F.C.C.晶格和B.C.C.晶格，二者的八面體間隙分別為0.414rFe和0.15rFe,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),四、晶體結(jié)構(gòu)的定量描述（晶面和晶向） 晶面：晶體學中通過原子中心的平面 晶向：通過原子中心的直線為原子列，其所代表的方向。（或任意兩個原子之間連線所指的方向稱為晶向。） 晶面指數(shù)：表示晶面的參數(shù) 晶向指數(shù)：表征晶向的參數(shù),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),(一)立方晶系的晶向和晶面指數(shù)(密勒指數(shù)) 1、晶向指數(shù) 晶向指數(shù)的標定（以圖中的晶向OA為例）,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),a.設(shè)定一空間坐

6、標系, 原點在欲定晶向的一結(jié)點上。 b.寫出該晶向上另一結(jié)點的空間坐標值:1 0 0 c.將坐標值按比例化為最小整數(shù)：1 0 0 d.將化好的整數(shù)記在方括號內(nèi):1 0 0 得到晶向OA的晶向指數(shù)為1 0 0 OB、OC的晶向指數(shù)？110、111,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),晶向指數(shù)的標記 u v w：表示一組原子排列相同的平行晶向。u v w和u v w表示相互平行或為同一原子列，但方向相反。 例如：1 0 1和 1 0 1 晶向族：原子排列情況相同而在空間位向不同(即不平行)的晶向的統(tǒng)稱。 例如： 1 0 00 1 00 0 1 ？,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),2、晶面指數(shù) 晶向指數(shù)的標

7、定（以圖中的晶面ABBA為例）,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),a.設(shè)定一空間坐標系, 原點在欲定晶面外, 并使晶面在三條坐標軸上有截距或無窮大。 b.以晶格常數(shù)a為長度單位, 寫出欲定晶面在三條坐標軸上的截距：1 c.截距取倒數(shù)：1 0 0 d.截距的倒數(shù)化為最小整數(shù)：1 0 0 e.將三整數(shù)寫在圓括號內(nèi)：(1 0 0) 得到晶向OA的晶向指數(shù)為(1 0 0) ACCA和ACD 的晶面指數(shù)？(110)、(111),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),晶面指數(shù)的標記 (h k l)：表示一組原子排列相同的平行晶面 。(h k l)和(h k l)表示二者屬于一組平行晶面。 例如：(1 1 0)和 (1

8、 1 0) 晶面族：原子排列情況相同而在空間位向不同(即不平行)的晶面的統(tǒng)稱。h k l 例如： 1 0 0 (1 0 0)(0 1 0)(0 0 1) 1 1 0？ 1 1 1？,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),1 1 0(110)(101)(011)(110) (101)(011) 1 1 1(111)(111)(111)(111),111晶面族,晶面與晶向互相垂直,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),3、晶面和晶向的關(guān)系 u v w / (h k l) 時 則：hukvlw0 例如： 1 1 0 / (0 0 1) u v w (h k l)時 則：uh，vk，wl 例如：100 (100)，1

9、10 (110） 111 (111),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),（二）六方晶格的晶向和晶面指數(shù),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),1、四指數(shù)晶向和晶面 X1、 X2 、X3 和Z軸構(gòu)成四指數(shù)坐標，對應(yīng)晶格常數(shù)a1、a2、a3和c，且a1a2a3 c 晶向：u v t w，t（uv） 晶面：( h k i l )，i= （hk） 晶向、晶面的標定方法同三指數(shù)法 晶向族 ，晶面族h k i l 2110 1210 1120（X軸） 1100(1100)(1010)(0110)（棱柱面） 前三指數(shù)可改變次序和符號，第四指數(shù)可變符號但不可變位置,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),2、晶面和晶向的關(guān)系 u

10、v t w 平行(h k i l)或在其內(nèi)時 則：hukvitlw0 例如： 1120平行(0001) 或在其內(nèi) u v t w (h k i l)時 則：uh，vk，ti，wl 例如：0001 (0001),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),（三）密排面和密排方向 密排面：晶體中原子排列最緊密的晶面 密排方向：晶體中原子排列最緊密的晶向 B.C.C.：密排面110，密排方向 F.C.C.：密排面111，密排方向 密排面和密排方向之間的原子間距最大，結(jié)合力最弱，因此晶體發(fā)生滑移塑性變形時，滑移面為晶體的密排面，滑移方向為晶體的密排方向。,1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),1.1.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu),五、金屬晶體的特性 1、金屬晶體具有確定的熔點 熔點：純金屬熔化的