null 第 二章 金属材料的晶体结构 第 二章 金属材料的晶体结构主编 李帼英
参编 黄丽琴 张静
上海电机学院机械学院
晶体与非晶体晶体与非晶体晶体 —— 原子规则排列的集合体
固定的熔点
各向异性：不同方向的性能不同非晶体 —— 原子无规则堆积的集合体
无固定熔点
各向同性晶格与晶胞晶格与晶胞晶格：把晶体中原子看成几何点，用平行直线连接后得到的三维格架晶胞：晶格中能全面反映原子排列规律的最小单元
晶胞示意图晶面和晶向晶面和晶向晶面：晶格中各方位的原子面
晶格常数：晶胞的棱边长度晶向：任意两个原子连线所指的方向体心立方晶格体心立方晶格晶胞中的原子数：2
原子半径：r = a 3½ / 4
致密度：68%体心立方晶格示意图常见金属有 α-Fe, Cr, W, Mo, V, Nb面心立方晶格面心立方晶格晶胞中的原子数：4
原子半径：r = a 2½ / 4
致密度：74%面心立方晶格示意图常见金属有 γ-Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag, Pb密排六方晶格密排六方晶格晶胞中的原子数：6
原子半径：r = a / 2
致密度：74%
密排六方晶格示意图常见金属有 Mg, Zn, Cd, Be实际金属的结构实际金属的结构 晶界： 晶粒之间的界面
单晶体 各部分位向完全一致的晶体由于不同晶面和晶向上原子排列密度不同原子间结合力不同力学性能不同单晶体表现为各向异性多晶体 许多位向不同的单晶体的聚合体 晶粒： 多晶体中外形不规则的小晶体多晶体的伪各向同性多晶体的伪各向同性伪各向同性：总体上各向性能基本相同，但各晶粒内部
仍然是各向异性。由于在多晶体中,存在许多缺陷,不同晶面和晶向上原子排列密度几乎相等,各晶粒位向不同,一般在总体上不显示出各向异性,似乎是各向同性,即伪各向同性。晶体缺陷晶体缺陷—— 晶体中原子偏离原来平衡位置晶体缺陷——导致晶格畸变——强度↑，硬度↑，塑性↓—— 导致晶格畸变—— 空位和间隙原子点缺陷空位示意图间隙示意图线缺陷 —— 位错线缺陷 —— 位错位错 —— 整排原子有规律错排 增加或减小位错密度，
可以提高强度位错密度位错示意图面缺陷 —— 晶界面缺陷 —— 晶界晶界处晶格畸变强度高原子能量高熔点低，易腐蚀，原子扩散快晶粒细晶界面积大强度高亚晶界：晶粒内小位向差的晶块边界晶界示意图合金相的基本概念合金相的基本概念 相变：一定条件下，一种相可以变为另一种相合金：由两种或两种以上组元组成，具有金属性质的物质。组元：组成合金的基本物质相：结构相同，成分相近，与其它部分有界面分开的部分单相合金：固态下由一个固相组成的合金多相合金：固态下由两个以上固相组成的合金组织：相的聚合体（来源、形态、数量、分布）合金的相结构合金的相结构 合金在固态下的相结构 固溶体和金属化合物固溶体固溶体固溶体：一种元素的原子溶入另一种元素 中形成的合金相保持原晶体结构的元素 —— 溶剂
失去原晶体结构的元素 —— 溶质有限固溶体：溶解度有一定限度 —— 有限互溶
无限固溶体：溶解度无一定限度 —— 无限互溶固溶体的分类固溶体的分类置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格的某些结点置换固溶体示意图间隙固溶体示意图间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格的间隙中固溶体的力学性能固溶体的力学性能溶质溶入固溶体，导致晶格畸变，引起强度和硬度升高
—— 固溶强化 固溶体的力学性能比纯金属更高，故在实际应用中，材料往往使用合金。金属化合物金属化合物特征：
有金属性质
晶体结构不同于任何组元
成分固定或小有变化，有一定成分比例，可用分子式表示 当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上，可使合金的
强度↑↑ ，硬度↑↑ ，耐磨性↑↑ —— 弥散强化
（第二相强化）性能： 硬，脆，熔点高。合金的结构与性能合金的结构与性能 有异质原子溶入，导致晶格畸变 → 固溶强化
可能出现多相组织 —— 如果金属化合物合理分 布、
大小、数量、形态 → 弥散强化调整合金性能的途径:
＊ 改善固溶体溶解度
＊ 改变化合物形状、数量、大小、分布合金的力学性能一般优于纯金属
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