合金的晶体结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,金属材料的晶体结构,1,、教学目标,通过教学使学生掌握晶体缺陷的类型，晶体缺陷对金属性能的影响，合金相关的基本概念，掌握合金的晶体结构。,2,、教学重点,晶体缺陷对金属性能的影响，固溶体与金属化合物的结构特点和作用。,3,、教学难点,晶体缺陷对金属性能的影响，固溶体与金属化合物的结构特点和作用。,金属的晶体缺陷,1.,点缺陷,点缺陷是指在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。,最常见的点缺陷是晶格空位和间隙原子。,金属的晶体缺陷,1.,点缺陷,（,1,）,空位,在晶体晶格中，若某结点上没有原子,，,则这结点称为空位。空位附近的原子会偏离正常结点位置，造成晶格畸变。空位的存在有利于金属内部原子的迁移,（,即扩散）。,金属的晶体缺陷,1.,点缺陷,（,2,）间隙原子,位于晶格间隙之中的原子叫间隙原子。间隙原子会造成其附近晶格的很大畸变。,金属的晶体缺陷,1.,点缺陷,空位和间隙原子都是晶格的点缺陷。它们破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称为晶格畸变。,点缺陷的存在，提高了材料的硬度和强度，降低了材料的塑性和韧性。,金属的晶体缺陷,2.,线缺陷,晶体中的线缺陷常称为位错,，,也就是说在晶体中有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。晶体中的位错主要分为刃型位错和螺型位错。,金属的晶体缺陷,2.,线缺陷,由于某种原因,（,如应力）,晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于晶体的另一部分逐步地发生了一个原子间距的错动。像图中右上角部分晶体逐步向左移了一原子间距后，在发生了错动的晶体部分同未动部分的边缘上产生了一个多余的半原子面。多余的半原子面像是一个硬插,入,晶体的刀刃，但并不延伸,入,原子未错动的下半部晶体中，而是中止在内部,。,沿着半原子面的刃边，晶格发生了很大畸变，即形成了刃型位错。,金属的晶体缺陷,3.,面缺陷,晶体中的面缺陷主要是指晶体材料中的各种界面，如晶界、亚晶界等,。,金属的晶体缺陷,3.,面缺陷,晶界比晶粒本身容易被腐蚀和氧化，熔点较低，原子沿晶界扩散快，在常温下晶界对金属的塑性变形起阻碍作用。金属材料的晶粒越细，则晶界越多，其常温强度越高。因此，对于在较低温度下使用的金属材料，一般总是希望获得较细小的晶粒。,金属的晶体缺陷,4.,晶体缺陷对金属性能的影响,晶体缺陷的存在，破坏了,金属晶体的完整性，使缺陷,周围晶格发生畸变，从而引,起金属性能的变化，使其导,电性和抗腐蚀性下降，而,强度相对提高。,金属的晶体缺陷,4.,晶体缺陷对金属性能的影响,强化金属的两个基本途径：,1.,制造几乎不含晶体缺陷的金属晶体。,2.,提高实际金属的晶体缺陷密度。,合金的晶体结构,1.,合金,合金是一种金属元素中加入一种或几种其它元素，通过熔炼或烧结等方法制成的具有金属特性的物质。,2.,组元,组元是组成合金的最基本的独立物质。组元可以是金属元素、非金属元素和稳定的金属化合物。,3.,相,在合金中具有相同成分、相同结构并以界面相互分开的各个均匀组成部分称为相。,4.,组织,指用肉眼或借助于放大镜、金相显微镜观察到的材料内部的形态结构。,合金的晶体结构,5.,固溶体,溶质原子溶入溶剂中而保持溶剂晶格类型的合金相称为固溶体。,（,1,）固溶体的基本类型,置换固溶体,溶质原子占据,晶格结点位置而,形成的固溶体。,合金的晶体结构,溶剂原子,溶质原子,5.,固溶体,溶质原子溶入溶剂中而保持溶剂晶格类型的合金相称为固溶体。,（,1,）固溶体的基本类型,间隙固溶体,溶质原子占据,溶剂晶格间隙所,形成的固溶体。,合金的晶体结构,溶质原子,溶剂原子,5.,固溶体,溶质原子溶入溶剂中而保持溶剂晶格类型的合金相称为固溶体。,（,2,）固溶体的溶解度,固溶体中溶质的含量称为固溶体的浓度，其饱和浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。,固溶体的溶解度大小主要取决于组元间的,晶格类型,、,原子半径差,和,化学性质差别,等。,按溶质原子在溶剂中的溶解度，固溶体可分为,有限固溶体,和,无限固溶体,两种。,合金的晶体结构,5.,固溶体,溶质原子溶入溶剂中而保持溶剂晶格类型的合金相称为固溶体。,（,3,）固溶强化,晶格畸变增大位错运动的阻力， 使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。,如：纯铜的,b,为,220MPa,硬度为,40HBS,断面收缩率,为,70%,。当加入,1%,镍形成单相固溶体后,强度升高到,390MPa,硬度升高到,70HB,而断面收缩率仍有,50%,。,合金的晶体结构,6.,金属化合物,金属化合物是合金元素间发生相互作用而生成的具有金属性质的一种新相，其晶格类型不同于合金中的任意组成元素。,力学性能：,高硬度、低塑性，即硬而脆。合金中含有金属化合物时,强度、硬度和耐磨性提高,而塑性和韧性降低。,在合金材料中，固溶体具有一定的强度和良好的塑性、韧性常作为基体，金属化合物具有高硬度和高熔点常作为强化相,。,合金的晶体结构,