金属晶格结构.ppt

上一页下一页第二章金属的晶体结构金属材料通常都是一种晶体材料。金属的晶体结构指的是金属材料内部的原子排列的规律。它决定着材料的显微组织和材料的宏观性能。上一页下一页第一节纯金属的晶体结构一、基本知识晶体里面的原子(或) 离子都是在它的平衡位置上不停振动着,但在讨论晶体结构时可以假设它们是一些静止不动的小球。各种晶体结构就可以看成是这些小球按一些的几何方式紧密排列堆积而成的。图2-1a 是简单的立方原子排列示意图。上一页下一页(一)基本概念 :晶体结构的“小球”模型虽然很直观,但仍然不便与表诉晶体内部原子排列顺序规率的细节。我们可以把原子看成是一个几何质点,把原子之间的相互作用假想为几何直线,这样一来晶体的结构就可以直接用几何学来讨论了。这种用于描述原子在晶体中排列的三维空间几何点阵为晶格。图 2-1b 是简单立方晶格的的示意图。晶格中直线的交点称为结点。在运用晶格模型来讨论晶体结构时,结点可以代表一个原子(或离子),也可以代表一个分子或原子团的中心。上一页下一页(一)基本概念 2 晶胞:晶体中原子排列规律具有明显的周期变化。因此在晶格中就存在一个能够代表晶格特征的最小几何单元,称之为晶胞。图 2-1c 是一个简单的晶胞示意图。晶胞在空间的重复排列就构成整个晶格。因此,晶胞的特征就可以反映出晶格和晶体的特征。 3 晶格参数与晶格常数:在晶体学中,用来描述晶胞大小有形状的几何参数称为晶格参数。包括晶胞的三个棱边的长度 a,,b,c和三个棱边夹角。α,β,γ共六个参数。其中决定晶胞大小的三个棱长又称为晶格常数。图 2-1c 上一页下一页(二)金属中常见的晶格 3 密排六方晶格:密排六方晶格属于六方角系。示意见图 2-4 。晶格参数 a=b ! =c;α=β;γ=120 ?。每个六方晶胞中有六个原子,即 1/6 × 12+1/2 × 2+3=6 个。属此晶格的金属有:镁、锌、铍、α钛、镉等。 :体心立方体晶格属于立方晶系。示意图见图 2-2 。晶格的参数为 a=b=c ;α=β=γ=90 ?立方体八角上个有一个原子,体心处有一个原子。每个体心立方体晶胞中的原子个数为 1/8 × 8+1=2 个。属此晶格的金属有: ?铬、钨、钼、钒、?铁、?钛、铌等 :面心立方体晶格也属于立方晶系。示意见图 2-3 。晶格参数为 a=b=c ;α=β=γ=90 ?。在晶胞的八个角上个又一个原子每个面心立方体晶胞个有四个原子,即 1/8 × 8+1/2 × 6=4 个。属此晶格的金属有: ?铁、铝、铜、镍、金、银、铂、铑、铅等上一页下一页(三)晶格的致密度晶格的致密度定义是:每个晶胞中原子所占的总体积与晶胞的体积之比。是用来表示晶体中原子排列的紧密程度经过计算可知:体心立方体的致密度为 ;面心立方体和密排六方晶格的致密度都是 。上一页下一页二纯金属的实际晶体结构(一)晶粒和亚晶粒在金属体中,凡是晶格位向基本一致的区域,并有边界与邻区分开就称之为一个晶粒。在显微镜下可以看到这些晶粒, 其外形成不规则状。。它们是些不规则的外形多面体,见图 2-8 。相邻晶体的晶粒间晶格的位向有明显差别。晶粒之间的原子排列不规则的区域称为晶界。实际上,晶界就是不同晶格位向的相临晶粒在原子排列上的过度区。通常,晶粒尺寸很小,对于钢铁材料一般为 10 -1mm~10 -3mm。对于有色金属其晶粒尺寸一般都比钢大一些,有的可用眼睛直接看到。如: 镀锌钢板表面的镀锌层的晶粒尺寸可达到几毫米到几十毫米。每个晶粒内部,晶格位向也并非完全一样,而是存在着许多晶格位向差小于 2?、3?的更小的晶块。这些小晶块内部是完全相同的。这些小晶块称为亚晶粒,也称嵌镶块。见图2-9 。亚晶粒间的过度区称为亚晶界,也称小角度晶界。它也是一种原子排列不太规则的区域。上一页下一页(二)晶体中的缺陷 :点缺陷是指以一个点为中心。在它的周围造成原子排列的不规则,产生晶格的畸变和内应力的晶体缺陷。主要有间隙原子,置换原子,晶格空位三种,见图 2-10 。在晶格的间隙处出现多余的晶体缺陷称为间隙原子;在晶格的接点处出现缺少原子的晶体称为晶体空格;在晶格的结点处出现的原子直径不同的异类原子的晶体缺陷称为置换原子。间隙原子和大径的置换原子会引起一个以一个点为中心的晶格局部“撑开”现象,称之为正畸变。而晶格空位和小直径的置换原子会引起一个点为中心的晶格局部“靠拢”现象,称之为负畸变。晶体中的点缺陷都是处在不断的变化和运动中,其位置随时在变。这是金属原子扩散的一种主要方式,也是金属在固态下“相变”和化学热处理工艺的基础。这里说的缺陷不是指晶体的宏观缺陷,而是指晶体中局部原子排列不规则的区域。根据晶体缺陷的几何特点和原子对排列不规则性的影响范围可分为三