金属学与热处理 第一章 金属与合金的晶体结构.ppt

金属材料的化学成分不同，其性能也不同。 1.2 金属的晶体结构 a=b=c、α=β=γ=90°，构成立方体； 晶胞的8个角顶各有1个原子，立方体的中心有1个原子。 体心立方结构的金属有：α-Fe、Cr、V、Nb、Mo、W等。 晶界： 晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面，称为晶粒间界，或简 称晶界。 当相邻晶粒的位向差＜10°，称小角度晶界；位向差＞10°，称大 角度晶界。 3、面缺陷 晶体表面： 　　指金属与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面。 界面上的原子，同时受晶体内自身原子和外部介质原子或分子的作用力。 内部原子对界面原子的作用力＞＞外部原子或分子的作用力。 表面原子就会偏离其正常平衡位置，并因而牵连到邻近的几层原子，造成表面层的晶格畸变。 由于晶格畸变，故其能量就会升高，将单位面积上升高的能量称为比表面能，简称表面能，它与表面张力同数值、同量纲，单位为J/m2。单位长度上的表面张力单位为N/m。 影响表面能的主要因素有： ⑴ 外部介质的性质。外部介质的分子或原子对晶体界面原子的作用力与晶体内部分子或原子对界面原子的作用力相差越悬殊，则表面能越大。 ⑵ 裸露晶面的原子密度。当裸露的表面是密排晶面时，则表面能最小，非密排晶面的表面能则较大。 ⑶ 晶体表面的曲率。表面的曲率越大，曲率半径越小，则表面能越高。 小角度晶界 ① 对称倾侧晶界 由两个晶粒相互倾斜θ/2角（θ＜10°）所构成。 对称倾侧晶界是由一系列相隔一定距离的刃型位错所组成，有时将这一列位错称为“位错墙”。 ｛111｝晶面族中的晶面组 111 110 100 linear density atomic arrangement linear density atomic arrangement FCC BCC linear indices FCC和BCC晶格典型晶向的线密度 {111} {110} {100} planar density atomic arrangement planar density atomic arrangement FCC BCC plane indices FCC和BCC晶格典型晶面的面密度 六方晶系的晶面指数与晶向指数 可用上述方法，但确定六方晶系的晶面指数时，如用a1、a2、c三个坐标轴，令a1、a2 的夹角为120°，c 轴与a1、a2 垂直，标定的晶面指数中，同类型的晶面指数不相类同。 如6个柱面属同一平面族，但指数为 因此用a1、a2、a3 及 c 四个坐标轴，a1，a2，a3之间夹角均为120°。晶面指数以（h k i l）四个指数表示，前三个指数中只有两个是独立的，它们之间有以下关系：i = -( h + k )。 四轴坐标系6个柱面指数为 a1 a2 a3 c 三轴平面指数（HKL）转换成四轴坐标（hkil）时 h = H k = K i = - (H + K) l =L 三轴晶向指数［UVW］转换成四轴坐标 [uvtw] 时 u = 1/3 ( 2U – V ) v = 1/3 ( 2V – U ) t = -1/3 (U + V ) w = W 　　同一晶带的晶面指数(hkl)与晶带轴的晶向指数〈uvw〉存在以下关系： hu+kv+lw=0 晶带与晶带轴: 　　如一系列非平行晶面都平行于（或包含）某一特定方向，则这些晶面同属一个晶带，这个特定方向称为晶带轴。 两个晶面(h1k1l1)和(h2k2l2)的晶带轴指数〈uvw〉可由下式确定： 晶带轴 h1 k1 l1 h1 k1 l1 × × × h2 k2 l2 h2 k2 l2 U V W 5、晶体的各向异性和多晶型性 各向异性：晶体的一个重要特征，与非晶体的重要区别。 是不同晶向上的原子紧密程度不同所致。紧密程度不同 → 原子间距离不同 → 结合力不同 → 性能（弹性摸量、强度、电阻率等）不同。 一般工业金属材料，由多晶体组成，各向异性特征不明显；因多晶体中的晶粒位向是任意的