实用机械工程材料及选用教学课件作者张正贵第2章纯金属与合金的晶体结构-完成课件.ppt

1 第2章 纯金属与合金的晶体结构 晶体和非晶体概念介绍 2.1 纯金属的晶体结构 2.1.1 晶体结构 晶体结构、晶格、晶胞、晶格常数 2.1.2 常见的晶格类型 体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格 1、体心立方晶格（如图） α﹣Fe（﹤912℃ 的纯铁）、铬（Cr） 2、面心立方晶格（如图） γ﹣Fe（912℃～1394℃ 的纯铁）、铝（Al）、铜（Cu） 3、密排六方晶格（如图） 镁（Mg）、镉（Cd）、锌（Zn）、 4、晶向指数和晶面指数 （1）晶面指数 晶体中各方位上的原子面称晶面，表示晶面 的符号称为晶面指数。 （2）晶向指数 各方向上的原子列称为晶向，表示晶向的符 号称为晶向指数。 2.1.3 金属晶体结构的缺陷 1.点缺陷 　 点缺陷是指在空间三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径 的缺陷。主要的点缺陷有空位、间隙原子和置换原子。 ◆剧烈的冷加工可使位错密度大大提高，提高材料强度。 2.2 合金的晶体结构 2.2.1 合金的基本概念 合金、组元概念。工程上常用的铁碳合金（即碳钢和铸铁）铜 镍合金（白铜）、铝锰合金（防锈铝） 2.2.2 合金的结构 1、固溶体 合金组元之间形成的一种性能均一、且结构与组元之一相同的 固相称为固溶体。与固溶体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中 含量较多；另一组元称为溶质，一般在合金中含量较少。 ◆有限固溶体和无限固溶体 ◆间隙固溶体与置换固溶体 ◆固溶体的性能 固溶体随着溶质原子的溶入而发生晶格畸变。 2、金属化合物 1）间隙相 当非金属原子直径与金属原子直径之比﹤0.59时， 形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相。间隙相具有金属特 性，有极高的熔点和硬度，非常稳定；它们的合理存在，可有效地 提高钢的强度、热强性、红硬性和耐磨性，是高合金钢和硬质合金 中的重要组成相，例如，W2C、VC、TiC、WC等。 　　各种间隙相的硬度和熔点介绍如下：TiC 2850HV、3080℃； VC 2010HV、2650℃；WC 1730HV、2785℃。 　　2）复杂结构的间隙化合物 当非金属原子直径与金属原子直径 之比﹥0.59时，形成具有复杂结构的间隙化合物。钢中的Fe3C、 Cr23C6、Fe4W2C、Cr7C3、FeB、Fe2B等。复杂结构的间隙化合物 也具有很高的熔点和硬度，但比间隙相稍低些，在钢中也起强化作 用。具有复杂结构的间隙化合物Fe3C的晶格结构如图2-14所示。 　　各种具有复杂结构的间隙化合物的硬度和熔点介绍如下： Fe3C 800 HV、1227 ℃ ；Cr23C6 1650 HV、1577 ℃。 图2-2 体心立方晶格的晶胞示意图 a）钢球模型 b）质点模型 c）晶胞原子数 　 （1）晶格常数及几何特征：a=b=c,α=β=γ=90°， 其中晶格常数为正方体的边长； 　　（2）晶胞中原子数：1/8×8+1=2 ，即2个原子； 　　（3）原子半径：体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对 角线，所以原子半径与晶格常数a之间的关系为： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 a （4）致密度：晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体 积之比称为致密度（也称密排系数）。为 68%； 　　（5）配位数：配位数为晶格中任1个原子相距最近且距离相等 的原子数目。体心立方晶格的配位数为8。（返回） 图2-3 面心立方晶格的晶胞示意图 a）钢球模型 b）质点模型 c）晶胞原子数 　　（1）晶格常数及几何特征：a=b=c,α=β=γ=90°， 其中晶格常数为正方体的边长； 　　（2）晶胞中原子数：4个原子； 　　（3）原子半径： a （4）致密度： 74%； 　　（5）配位数：12 （返回） 图2