金属晶格结构
53页1、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1.晶格: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
2、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。,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;=;=120。每个六方晶胞 中有六个原子,即1/612+1/22+3=6个。属此晶格的金 属有:镁镁、锌锌、铍铍、钛钛、镉镉等。 1.体心立方体晶格: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;=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1/88+1=2个。 属此晶格的金属有 :铬、钨、钼、钒、铁、钛、铌等2.面心立方体晶格: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;=90。在晶胞的八个 角上个又一个原子每个
3、面心立方体晶胞个有四个原子,即 1/88+1/26=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 0.68 ;面心立方体和密排六方晶格的致 密度都是0.74。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10-1mm10-3mm。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
4、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1.点缺陷: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大类。上一页下一页(二)晶体中的缺陷2
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