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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,*,第二章 金属材料,上节回顾,原子间的键合,离子键,共价键,金属键,范德瓦尔斯键,氢键,晶体学基础,空间点阵,晶胞,晶系,布拉菲点阵,空间点阵与晶体结构,2.2.3,纯金属的晶体结构,金属晶体中的结合键为,金属键,，由于金属键,无饱和性、无方向性,，所以大多数金属晶体都是具有紧密排列、对称性高的简单晶体结构。,1.,三种典型的金属晶体结构,体心立方结构,（,BCC,）,面心立方结构,（,FCC,）,密排六方结构,（,HCP,）,面心立方（,FCC,或,A1,）的晶胞与刚球模型,Al,、,Cu,、,Au,、,Ag,、,Pt,、,Pb,、,-Fe,体心立方（,BCC,或,A2,）晶胞与刚球模型,W,、,V,、,-Ti,、,-Fe,、,K,六方密堆积结构,(hcp,或,A3),Mg,、,Zn,、,Cd,、,Ag,、,-Be,、,-Ti,、,（,1,）晶胞中的原子数,（,2,）点阵常数与原子半径的关系,（,3,）配位数和致密度,（,4,）晶体结构中的间隙,顶点占,1/8,棱占,1/4,面心占,1/2,体心占,1,（,1,）晶胞中的原子数,面心立方结构：,n,=81/8+61/2=4,体心立方结构：,n,=81/8+1=3,密排六方结构：,n,=121/6+21/2+3=6,（,2,）点阵常数与原子半径的关系,点阵常数：晶胞的棱边长度（,a,b,c,）,不同金属,可以有,相同的点阵类型,，但却具有各,不相同的点阵常数,，且,随温度不同而变化,面心立方结构（,a=b=c,）,体心立方结构（,a=b=c,）,密排六方结构（,a=bc,）,点阵常数用,a,和,c,来表示，,轴比：,c/a=1.633,，,a=2r,（原子看做等径钢球）,轴比：,c/a,1.633,，（,a,2,/3+c,2,/4,）,1/3,=2r,（,3,）配位数和致密度,定量地表示原子排列的紧密程度,配位数,：晶体结构中任一原子周围最近邻且等,距离的原子数,致密度,：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。,晶胞中原子体积与晶胞体积之比值。,K,=,nv,/,V,（,4,）晶体结构中的间隙,面心立方晶体结构的间隙,体心立方晶体结构的间隙,密排六方晶体结构的间隙,2.,金属的多晶型性,纯铁加热时的膨胀曲线,2.3,晶体结构的缺陷,晶体在定义上有序是完美无缺的，但实际晶体中存在各式各样的缺陷（原子水平的，有的则是较大尺寸）。,原子水平的缺陷对聚合物材料没有什么影响，但对金属或陶瓷的性质和性能就会有很大影响。缺陷的影响既有正面的也有负面的，利用和控制晶体中的缺陷，可以对材料进行增强，提高材料的流动加工性。有时甚至可以人为引入一些缺陷，赋予材料更高的导电性、更强的磁性等。所以“缺陷”并不一定是贬义的，它有许多值得利用的价值。,点缺陷：,其特征是在三维空间的各个方向上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子尺度，故称为零维缺陷，如：,空穴、间隙原子、杂质或溶质原子,等,线缺陷：,其特征是在三维两个方向上尺寸都很小，另外一个方向上的尺度相对很长，故也称一维缺陷，如：,位错,面缺陷：,其特征是在三维空间一个方向上尺寸很小，另外两个方向上的尺寸很大，故称为二维缺陷，如：,晶界、相界,等,材料在,加工过程,中得到能量产生空穴，或,人为导入杂质,，或,人为制造合金,时就会产生各类点缺陷，正常的晶体位置缺少原子就称为,空穴,。材料在,结晶过程,中，,加热时或受到辐射,作用时都会产生空穴。室温下空穴数目很少，但随着温度升高而增多。,当有外来原子占据正常晶格点中间的间隙位置时，就构成,间隙缺陷,。虽然间隙原子比晶格上的原子小得多，但仍比间隙尺寸要大。结果使周围的原子受到挤压而变形。间隙原子,有时是杂质，有时是人为导入的。如将碳原子导入铁的晶格以形成钢,。这种间隙缺陷一旦引入，数目就是固定的，不会因温度变化而改变。,1.,点缺陷,点缺陷,(a),空穴；,(b),间隙原子；,(c),小取代原子；,(d),大取代原子；,(e)Frenkel,缺陷；,(f)Schttky,缺陷,线缺陷就是晶体中的位错。按严格的几何意义，位错是直径约,5,个原子的柱状缺陷，在晶体中以各种方向延伸，不一定是直线。位错在金属材料中大量存在，在自然生长的金属单晶中，每单位平方厘米的面积就有,106,个位错穿过。,螺旋位错,2.,线缺陷,晶粒的边界与相的边界构成面缺陷。晶粒生长时相遇的面就是晶粒的边界。尽管晶体的结构相同，但原子平面的取向可以不同，所以在晶体界面上的原子可能不属于任何一方。,(a),小角晶粒边界,(b),双层边界,3.,面缺陷,2.4,金属材料的形变,金属形变基础,塑性形变对金属材料组织和性能的影响,弹性形变,塑性形变,（均匀的）,断裂,加工硬化或冷变形强化,应力,-,应变曲线,金属形变基础,塑性形变对金属材料组织和性能的影响,（,1,）冷形变金属的组织,金属材料经塑性形变后，组织结构会发生明显的变化。除了每个晶粒内部出现大量的滑移带或孪晶带外，还会出现新的亚晶，各种结构缺陷（如位错、空位、间隙原子、层错）的浓度也升高。随着形变量的增加，原来的等轴晶粒将逐渐沿其变形方向伸长。当形变量很大时，晶界变得模糊不清，晶粒以难以分辨并沿材料流变伸展的方向呈现纤维状，称为纤维组织。这种纤维组织沿其形变方向强度、硬度增加，横向则不然，出现了性能的各向异性。,（,2,）冷形变金属的加工硬化,单晶体加工硬化,3,阶段示意图,易滑移阶段：,加工硬化主要来自位错的增殖所引起的内应力,线性硬化阶段：,位错密度增加，其它滑移系统被激活，形成压杆位错，阻碍位错的继续运动，从而产生大的硬化效应,抛物线型硬化阶段：,滑移线变粗成滑移带，新增加的应变几乎全部集中在这些滑移带内，且滑移带碎花。,3,种典型的金属单晶体的应力,-,应变曲线,铝单晶与多晶体的应力,-,应变曲线比较（室温）,课堂作业,试述原子间的键合方式，并举例说明。,空间点阵的概念？空间点阵和晶体结构的关系？,纯金属的晶体结构有哪些？并分析他们的特征,金属晶体结构的缺陷？,描述金属材料的形变过程。,
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