金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

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1、《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》第二章金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶機械工程系金工教研室《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇第一節(jié)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容:金屬的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)目的:掌握晶體結(jié)構(gòu)及其對材料的物理化學性能、力學性能及工藝性能的影響，為后續(xù)課程的學習做好理論知識的準備《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇一、晶體的基本知識（一）、晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)按其原子（或分子）聚集狀態(tài)可分為體和非晶體兩大類。在晶體中，原子（或分子）按一定的幾何規(guī)律作周期性地排列。非晶體中原子（或分子）則是無規(guī)則的堆積在一起。（如松香、玻璃、瀝青）《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程

2、曉宇（二）、晶格、晶胞、晶格常數(shù)1、晶格為了便于表明晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律，把每個原子看成是固定不動的剛性小球，并用一些幾何線條將晶格中各原子的中心連接起來，構(gòu)成一個空間格架，各原子的中心就處在格架的幾個結(jié)點上，這種抽象的、用于描述原子在晶體中排列形式的幾何空間格架，簡稱晶格。《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇2、晶胞由于晶體中原子有規(guī)則排列且有周期性的特點，為了便于討論通常只從晶格中，選取一個能夠完全反映晶格特征的、最小的幾何單元來分析晶體中原子排列的規(guī)律，這個最小的幾何單元稱為晶胞，整個晶格就是有許多大小、形狀和位向相同的晶胞在空間重復堆積而成的。3、晶格常數(shù)

3、在晶體學中，通常取晶胞角上某一結(jié)點作為原點，沿其三條棱邊作三個坐標軸X、Y、Z，并稱之為晶軸，而且規(guī)定坐標原點的前、右、上方為軸的正方向，反之為反方向，并以棱邊長度和棱面夾角來表示晶胞的形狀和大小。《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇（三）、金屬中常見晶格由于金屬鍵結(jié)合力較強，是金屬原子總趨于緊密排列的傾向，故大多數(shù)金屬屬于以下三種晶格類型。1、體心立方晶格體心立方晶格的晶胞它是一個立方體。在晶胞的中心和八個角上各有一個原子，晶胞角上的原子為相鄰的八個晶胞所共有，每個晶胞實際上只占有1／8個原子。而中心的原子為該晶胞所獨有。故晶胞中實際原子數(shù)為8×1／8＋1＝2（個

4、）。具有體心立方晶格的金屬有、等?！豆こ滩牧吓c熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇2、面心立方晶格面心立方晶格也是一個立方體，在晶胞的每個角上和晶胞的六個面的中心都排一個原子，晶胞角上的原子為相鄰的八個晶胞所共有，而每個面中心的原子為兩個晶胞共有。所以，面心立方晶胞中原子數(shù)為8×1／8＋6×1／2＝4（個）。具有面心立方晶格的金屬有、等。《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇3、密排六方晶格密排六方晶格的晶胞是一個六方柱體，有六個呈長方形的側(cè)面和兩個呈六邊形的底面所組成。因此，要用兩個晶格常數(shù)表示。一個是柱體的高度c，另一個是六邊形的邊長，在晶胞的每個角上和上、下底面的中心都排列一

5、個原子，另外在晶胞中間還有三個原子。密排六方晶胞每個角上的原子為相鄰的六個晶胞所共有，上、下底面中心的原子為兩個原子所共有，晶胞中三個原子為該晶胞獨有。所以，密排六方晶胞中原子數(shù)為12×1／6＋2×1／2＋3＝6（個）。具有密排六方晶格的金屬有Mg、Zn。《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇（四）、晶體結(jié)構(gòu)的致密度晶體結(jié)構(gòu)的致密度是指晶胞中原子所占體積與該晶胞體積之比，可用來原子排列的緊密程度進行定量比較。在體心立方晶胞中，含有2個原子。這2個原子的體積為2×（4／3）πr3，式中r為原子半徑。故體心立方晶格的致密度為：2個原子的體積與晶胞體積之比等于0.68。這表

6、明在體心立方晶格中，有68％的體積被所占據(jù)，其余為空隙。同理亦可求出面心立方及密排立方晶格的致密度為0.74。顯然，致密度數(shù)值越大，則原子排列越緊密。所以，當鐵由面心立方晶格變?yōu)轶w心立方晶格時，由于致密度減小而使體積膨脹。《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇二、合金的晶體結(jié)構(gòu)（一）、合金的基本概念由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)，稱為合金。組成合金的最基本的、獨立的物質(zhì)叫做組元。組元通常是純元素，但也可以是穩(wěn)定的化合物。根據(jù)組成合金組元數(shù)目的多少，合金可以分為二元合金、三元合金和多元合金。合金中，具有同一化學成分且結(jié)構(gòu)相同的均

7、勻部分叫做相。合金中相與相之間有明顯的界面。液態(tài)合金通常都為單相液體。固態(tài)下，由一個固相組成時稱為單相合金，由兩個以上固相組成時稱為多相合金。合金的性能一般都是由組成合金的各相成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性能和各相的組合情況——組織所決定的。http://www.gangban-cn.com《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇（二）、合金的相結(jié)構(gòu)由于組元間相互作用不同，固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)可分為固溶體和金屬化合物兩大類。1、固溶體合金在固態(tài)下，組元間能夠互相溶解而形成的均勻相稱為固溶體?！豆こ滩牧吓c熱加工基礎(chǔ)》——程曉宇不管溶質(zhì)原子處于溶劑原子的間隙中或者代替了溶劑原子都會使固溶

8、體的晶格發(fā)