机械工程材料及选用 第二章晶体结构

《机械工程材料及选用 第二章晶体结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程材料及选用 第二章晶体结构（85页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、1工程材料工程材料第一章第一章 金属材料力学性能金属材料力学性能 第二章第二章 金属晶体结构与塑性变形金属晶体结构与塑性变形第三章第三章 金属结晶及合金相图金属结晶及合金相图第四章第四章 钢的热处理钢的热处理第五章第五章 钢铁材料及其应用钢铁材料及其应用第六章第六章 有色金属及应用有色金属及应用第七章第七章 非金属材料非金属材料第八章第八章 材料选择基础材料选择基础2第二章第二章 金属晶体结构与塑性变形金属晶体结构与塑性变形 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构 第二节第二节 金属的塑性变形金属的塑性变形 第三节第三节 回复与再结晶回复与再结晶3第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构

2、2.1.1 晶体的概念晶体的概念2.1.2 金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.3 实际实际金属的结构金属的结构42.1.1 晶体的概念晶体的概念晶体晶体的特点的特点:原子规则排列原子规则排列单晶体呈各向异性单晶体呈各向异性有固定的熔点有固定的熔点非晶体非晶体的特点的特点:原子不规则排列原子不规则排列呈各向同性呈各向同性熔点不固定熔点不固定 固态物质按其内部原子排列方式可分为晶体和固态物质按其内部原子排列方式可分为晶体和非晶体两大类。非晶体两大类。晶体与非晶体的熔化曲线晶体与非晶体的熔化曲线晶胞晶胞晶格晶格晶体晶体 晶格晶格：是晶体中原子排列的空间格架：是晶体中原子排列的空间格架, ,具有重复

3、性具有重复性和周期性。和周期性。 晶胞：晶胞：能代表晶格特征的最小组成单元。晶胞在能代表晶格特征的最小组成单元。晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。三维空间的重复排列构成晶格。晶胞晶胞 晶面：晶面：晶体中由原子中心组成的平面称为晶面。晶体中由原子中心组成的平面称为晶面。 晶向：晶向：原子中心的直线称为原子列，其所代表的原子中心的直线称为原子列，其所代表的方向称晶向。方向称晶向。 晶格常数：晶格常数：晶胞的几何特征可晶胞的几何特征可以用三条棱长以用三条棱长a a、b b、c c和三条和三条棱边间的夹角棱边间的夹角 、 、 这六个这六个参数来描述参数来描述, ,称为晶格常数。称为晶格常数。8 金属材

4、料的特性取决于其晶体结构和原子的结金属材料的特性取决于其晶体结构和原子的结合方式。合方式。 金属原子之间以金属键结合。金属原子之间以金属键结合。 金属键金属键：带负电的电子云将规则排列的失去价：带负电的电子云将规则排列的失去价电子的金属阳离子紧密结合起来。电子的金属阳离子紧密结合起来。2.1.1 晶体的概念晶体的概念 + + + + + + e- e- e- 金属键示意图金属键示意图10第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1 晶体的概念晶体的概念2.1.2 金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.3 实际实际金属的结构金属的结构112.1.2 金属的晶体结构金属的晶体结构 三种常见的

5、金属晶体结构：三种常见的金属晶体结构： 体心立方晶格；体心立方晶格； 面心立方晶格；面心立方晶格； 密排六方晶格密排六方晶格体心立方晶格体心立方晶格 晶格常数：晶格常数：a = b = c； = = = 90 原子半径：原子半径： R=a 3/4 晶胞原子数：晶胞原子数：2个。个。 致密度：致密度： 68%。 体心立方格的金属：体心立方格的金属：铁铁、铬、钼、钨、钒等。、铬、钼、钨、钒等。面心立方晶格面心立方晶格 晶格常数：晶格常数：a=b=c； = = =90 原子半径：原子半径：R=a 2/4； 晶胞原子数：晶胞原子数：4个；个； 致密度：致密度：74%。 面心立方晶格的金属：面心立方晶格

6、的金属：铜铜、铝铝、银、镍、银、镍、 -铁铁。14密排六方晶格密排六方晶格 晶格常数：晶格常数：a=b c； = =90 =120 原子半径：原子半径：R= a/2； 晶胞原子数：晶胞原子数：2个；个； 致密度：致密度：74%。 密排六方晶格的金属：密排六方晶格的金属： 镁镁 、锌、锌 、铍、镉。、铍、镉。15原子的密排堆积方式原子的密排堆积方式16FCCHCPLooking down (111) plane!Looking down (0001) plane面心立方与密排六方堆垛的比较面心立方与密排六方堆垛的比较17第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.1 晶体的概念晶体的概念2

7、.1.2 金属的晶体结构金属的晶体结构2.1.3 实际实际金属的结构金属的结构182.1.3 实际实际金属的结构金属的结构 单晶体：晶体内部的晶单晶体：晶体内部的晶格位相完全一致。格位相完全一致。 多晶体：由许多小的单多晶体：由许多小的单晶体组合成的晶体。晶体组合成的晶体。 实际金属晶体是多晶体实际金属晶体是多晶体结构。结构。实际晶体示意图实际晶体示意图192.1.3 实际金属的结构实际金属的结构 晶体缺陷：晶体缺陷： 实际金属晶体具有不完整性，常见的晶体缺陷实际金属晶体具有不完整性，常见的晶体缺陷主要有三种类型：点缺陷、线缺陷、面缺陷。主要有三种类型：点缺陷、线缺陷、面缺陷。1.点缺陷点缺陷

8、：指在三维尺度上都很小，不超过几个：指在三维尺度上都很小，不超过几个原子直径的缺陷，包括空位、间隙原子和置换原子直径的缺陷，包括空位、间隙原子和置换原子。原子。金属晶体中的点缺陷金属晶体中的点缺陷空位空位间隙原子间隙原子小置换原子小置换原子大置换原子大置换原子212.1.3 实际金属的结构实际金属的结构2. 线缺陷线缺陷：一维方向上尺寸很大，另两维方：一维方向上尺寸很大，另两维方向上尺寸很小的缺陷，位错是晶体中最主向上尺寸很小的缺陷，位错是晶体中最主要的线缺陷。要的线缺陷。o 位错：一列或多列原子有规律的错排。位错：一列或多列原子有规律的错排。刃型位错刃型位错螺型位错螺型位错位错示意图位错示意

9、图232.1.3 实际金属的结构实际金属的结构o 面缺陷面缺陷：两维方向上尺寸很大，另一维方向上：两维方向上尺寸很大，另一维方向上尺寸很小，呈面分布的缺陷，主要有晶界和亚尺寸很小，呈面分布的缺陷，主要有晶界和亚晶界。晶界。o 晶界：多晶体中不同位向间晶粒的过渡区，大晶界：多晶体中不同位向间晶粒的过渡区，大约有两三个原子间距厚，晶界处原子排列混乱。约有两三个原子间距厚，晶界处原子排列混乱。o 亚晶界：亚晶界：晶粒内的小角度位向差异。晶粒内的小角度位向差异。亚晶界示意图亚晶界示意图26第二章第二章 金属晶体结构与塑性变形金属晶体结构与塑性变形o 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构o 第二节

10、第二节 金属的塑性变形金属的塑性变形o 第三节第三节 回复与再结晶回复与再结晶27第二节第二节 金属的塑性变形金属的塑性变形o 金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，通过金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，通过塑性加工的方法获得具有一定形状尺寸和机械塑性加工的方法获得具有一定形状尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。坯或零件。o 塑性加工包括锻压、轧制、塑性加工包括锻压、轧制、 挤压、拉拔、冲压挤压、拉拔、冲压等方法。等方法。o 金属在承受塑性加工时，金属在承受塑性加工时， 产生塑性变形，这对产生塑性变形，这对金属的组织结构和性能会产

11、生重要的影响。金属的组织结构和性能会产生重要的影响。压力加工方法示意图压力加工方法示意图 (a)轧制轧制 (b)挤压挤压 (c)拉拔拉拔 (d)锻压锻压 (e)冲压冲压29第二节第二节 金属的塑性变形金属的塑性变形2.2.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形2.2.2 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形2.2.3 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 302.2.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形o 单晶体塑性变形的主要方式是单晶体塑性变形的主要方式是位错的滑移位错的滑移，其，其次是次是孪生孪生。o 位错的滑移：在切应力的作用下，金属晶体的位错的滑移：在切应力的作用下，