金属材料结构与组织与性能

晶体和非晶体的熔化曲线
金属晶体具有各向异性
非晶体在各个方向上性能完全相同, 这种 性质叫非晶体的各向同性。
在晶体中, 不同晶面和晶向上原子排列的 方式和密度不同, 它们之间的结合力的大小 也不相同, 因而金属晶体不同方向上的性能 不同。这种性质叫做晶体的各向异性。
说明
对于实际使用的金属, 由于其内部有许 许多多个晶粒组成, 每个晶粒在空间分布的 位向不同, 因而在宏观上沿各个方向上的性 能趋于相同, 晶体的各向异性就显示不出来 了。
晶向：通过原子中心的直线为原子列，其代表的方向叫做晶向。
Y
（1）晶面和晶向的表示方法
X
1>立方晶系的晶面表示方法及步骤：
1。规定一空间坐标，使待标定的晶面在 三条坐标轴上有截距或者无穷大。 注意：原点不能选择在欲定晶面上
2。以晶格长度a为长度单位，写出欲 定晶面在三条坐标轴上的截距。
4。截距的倒数化为最小整数。
实际金属中的晶体缺陷
crystal defect
① 点缺陷 ② 线缺陷 ③ 面缺陷 ④ 体缺陷
1)点缺陷( point defect )
• 空位( vacancy ) • 间隙原子( gap atom ) • 置换原子( substitutional
金属材料的结构与 组织和性能
金属材料的结构与组织和性能
本章内容
本章介绍，包括纯金属的晶体结构，晶体 缺陷和合金的结构，金属材料的组织。介 绍金属材料的工艺性能、机械性能和理化 性能。还介绍高分子材料和陶瓷材料的结 构与性能。
学习目标：
本章重点掌握金属材料的晶体结构、晶体 缺陷和合金的结构，了解金属材料的组织 及性能。
十 四 种 空 间 点 阵
三种常见的金属晶体结构（B.C.C、F.C.C、H.C.P） 一、体心立方晶体结构（Body-Centered Cubic） A2
1）具有此结构的典型金属：
钠（Na）、钾（K）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V） α-Fe等。
1
8
2）主要特征：
➢ 晶胞的特征参3 a数: a = b = c ,α = β = γ = 90 ➢ 晶胞中的原子4 数: n= 8 ×1／8＋1= 2个
学习建议：
1．晶体结构部分应弄清三种常见金 属的晶体结构及其特点，应充分发挥空 间想象力。
2．晶面指数及晶向指数的确定在学 习时会感到困难。应掌握常见的晶面和 晶向的表示方法，需要多练多画。
1.金属的晶体结构
化学成分 内部组织
决定
材料的性能
固态物质
聚集状态
晶体 非晶体
1).晶体 ( crystal ) : 物体内部的原子 ( 或分
➢ 晶 胞( unit cell ):能反映晶格特征的最小组成单元。
晶胞的几何特征参数
1×10-10m～ 7×10-10m
c
三棱边长（晶格常数 lattice constant ）β α
a、 b、 c 棱边夹角：α、β、γ
γ
a
b
晶系与布拉菲点阵
1855年,法国学者布拉菲(Bravais) 用数学方法证明了空间点阵共有且只能 有十四种,并归纳为七个晶系:
子 ) 在三维空间中 , 按一定 规律作周期性排列的固体。 性质: 固定的熔点; 各向异 性等。 例如 , 所有的金属、 食盐等。
2）.非晶体 ( non- crystal ) :
物体内部的原子呈散乱分布,其 物理和力学性能各向同性。例如, 普通玻璃、松香等。
晶态
非晶态
金属的结构
晶态
非晶态
SiO2的结构
3。截距取倒数。
5。将三整数写在圆括号内。
晶面族：在立方晶系中，由于原子的排列具有高度的对称性，往往存在 有许多原子排列完全相同但在空间的位向不同，这些晶面总称为晶面 族。
例如： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2>立方晶系的晶向表示方法及步骤：
1。规定一空间坐标 注意：原点要选择在欲定晶向的结点上
2。写出该晶向另一结点的空间坐标值
4。将化好的整数记在方括号内
3。将坐标值按比例化为最小整数
晶向族：在立方晶系中，原子排列情况相同但在空间的位向不同，这些晶向总称 为晶面 族。
例如： 100[10]0[01]0[00] 1
密排面和密排方向
不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上 原子排列方式和排列密度不一样。
2）主要特征： a=b=c, α＝β＝γ＝90o；
晶胞原子数：8×1/8+6×1/2＝4；
原子半径
2a 4
致密度 0.74
空隙半径r4=o.225r;r8=0.414r
配位数12
三、密排六方晶体结构（Hexagonal Close－Packed） A3
1）具有此结构的典型金属：
镁（Mg）、镉（Cd）、锌（Zn）、铍（Be）。
1.1 纯金属的晶体结构
可用X射线结构分析技术进行测定
几个重要定义Leabharlann ➢ 晶体结构（Crystal Structure ）：晶体中原子（离子或分子）规 则排列的方式。
➢ 晶 格(crystal lattice):为了研究的方便，假设通过金属原子 （离子）的中心划出许多空间直线，这些直线形成的空间框架。
在体心立方晶格中，原子密度最大的晶 面为{110}, 称为密排面;
原子密度最大的晶向为<111>, 称为密 排方向。
在面心立方晶格中, 密排面为{111}, 密 排方向为<110>。
金属晶体的特性
(1) 金属晶体具有确定的熔点
纯金属进行缓慢加热时, 达到一定的温度, 固态金属会熔化成为液态金属。在熔化过 程中, 温度保持不变。其熔化温度(T0)称为 熔点。而非晶体材料在加热时, 由固态转变 为液态时, 其温度逐渐变化。
➢ 原子半径 3 a 4
3a
➢ 致密度 0.68
4
➢ 空隙半径 r4=0.29r原子；r8=0.15r原子 ➢ 配位数8
二、面心立方晶体结构（face-Centered Cubic） A1
1）具有此结构的典型金属： 铝（Al）、铜（Cu）、铂（Pt）、镍（Ni）、金（Au）、银 （Ag）、γ-Fe等。
2）主要特征：
晶格常数：正六边形边长a，高为c,侧面之间夹角120o，
侧底面间夹角90o。 c/a = 1.633
晶胞原子数：2×1/2+12×1/6+3＝6；
原子半径 致密度 0.74
2 4
a
空隙半径r4=o.225r;r8=0.414r
配位数12
金属晶体中的晶面和晶向
Z
晶面：通过晶体中原子中心的平面。