第3章材料的结构与凝固 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-1 第 3 章 材料的结构与凝固
晶体与非晶体 晶体——原子规则排列的集合体 固定的熔点 ·各向异性:不同方向的性能不同 非晶体——原子无规则堆积的集合体 无固定熔点 各向同性 晶格:把晶体中原子看成几何点,用平行直线连接后得 到的三维格架 晶胞:晶格中能全面反映原子排列规律的最小单元 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-2 晶体与非晶体 晶体 —— 原子规则排列的集合体 • 固定的熔点 • 各向异性：不同方向的性能不同 非晶体 —— 原子无规则堆积的集合体 • 无固定熔点 • 各向同性 晶格：把晶体中原子看成几何点，用平行直线连接后得 到的三维格架 晶胞：晶格中能全面反映原子排列规律的最小单元
晶面和晶向 晶格常数:晶胞的棱边长度 晶面:晶格中各方位的原子面 晶向:任意两个原子连线所指的方向 金属键使原子趋于紧密排列,得到为数不多的高度对称的几种简单晶格,常见的3种 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-3 晶面和晶向 晶面：晶格中各方位的原子面 晶向：任意两个原子连线所指的方向 晶格常数：晶胞的棱边长度 金属键使原子趋于紧密排列，得到为数不多的高度对称的几种简单晶格，常见的3种
体心立方晶格 晶胞中的原子数:2 最近原子间距—体心与顶角之间:a3%/2 原子半径:r=a3/4 致密度:68% 常见金属有a-Fe,Cr,W,Mo,V,Nb 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-4 体心立方晶格 晶胞中的原子数：2 最近原子间距—— 体心与顶角之间：a 3 ½ / 2 原子半径：r = a 3 ½ / 4 致密度：68% 常见金属有α-Fe, Cr, W, Mo, V, Nb
面心立方晶格 晶胞中的原子数:4 最近原子间距—面心与顶角之间:a2/2 原子半径:r=a2%/4 致密度:74% 常见金属有γ-Fe,Al,Cu,Ni,Au,Ag,Pb 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-5 面心立方晶格 晶胞中的原子数：4 最近原子间距—— 面心与顶角之间：a 2 ½ / 2 原子半径：r = a 2 ½ / 4 致密度：74% 常见金属有γ-Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag, Pb
密排六方晶格 晶胞中的原子数:6 最近原子间距—相邻顶角之间:a 原子半径:r=a/2 致密度:74% 常见金属有Mg,Zn,Cd,Be 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-6 密排六方晶格 晶胞中的原子数：6 最近原子间距—— 相邻顶角之间：a 原子半径：r = a / 2 致密度：74% 常见金属有 Mg, Zn, Cd, Be
实际金属的结构 单晶体:各部分位向完全一致的晶体 由于不同晶面和晶向上原子排列密度不同 原子间结合力不同 力学性能不同 单晶体表现为各向异性 多晶体:许多位向不同的 单晶体的聚合体 晶粒:多晶体中外形不规则的 小晶体 晶界:晶粒之间的界面 2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-7
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-7 晶界：晶粒之间的界面 实际金属的结构 单晶体：各部分位向完全一致的晶体 由于不同晶面和晶向上原子排列密度不同 原子间结合力不同 力学性能不同 单晶体表现为各向异性 多晶体：许多位向不同的 单晶体的聚合体 晶粒：多晶体中外形不规则的 小晶体
多晶体的伪各向同性 伪各向同性:总体上各向性能基本相同,但各晶粒内部 仍然是各向异性 多晶体中的各 晶粒位向不同, 般在总体上不显示 出各向异性,似乎 是各向同性,即伪 各向同性 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-8 多晶体的伪各向同性 伪各向同性：总体上各向性能基本相同，但各晶粒内部 仍然是各向异性 多晶体中的各 晶粒位向不同，一 般在总体上不显示 出各向异性，似乎 是各向同性，即伪 各向同性
晶体缺陷 晶体缺陷 晶体中原子偏离原来平衡位置 导致晶格畸变 强度↑,硬度↑,电阻↑ 点缺陷—空位和间隙原子 导致晶格畸变——强度↑,硬度↑ 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-9 晶体缺陷 晶体缺陷 —— 晶体中原子偏离原来平衡位置 导致晶格畸变 强度↑，硬度↑，电阻↑ 点缺陷 导致晶格畸变 强度↑，硬度↑ —— 空位和间隙原子
线缺陷 位错 晶须 加工硬化 位错——整排原子有规律错排∞b 增加或减小位错密度, 可以提高强度 位错密度 2021/2/22 工程材料与材料成型基础
2021/2/22 工程材料与材料成型基础 12-10 线缺陷 —— 位错 位错 —— 整排原子有规律错排 增加或减小位错密度， 可以提高强度 位错密度 σb 晶须 加工硬化