主题:【分享】&&&&&--金属材料及热处理知识--&&&&&------(四)

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2.3 金属的结构

2.3.1 金属的晶体结构
    一、纯金属的晶体结构
    (1)体心立方晶格(b.c.c):Body-Centered Cubic Lattice
    体心立方晶格的晶胞如下图所示,为一个立方体。在立方体的8个顶角各有一个与相邻晶胞共有的原子,立方体中心还有一个原子。具有体心立方晶格的金属有α-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb等。



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体心立方晶格

  晶格常数:a=b=c,故只用a即可表示;
      晶胞原子数:2,每个顶点的原子为八个晶胞所共有;
      原子半径:体对角线上原子间距的一半;
      配位数:8;
      致密度:0.68。





(2)面心立方晶格(f.c.c):Face-Centered Cubic Lattice
    面心立方晶格的晶胞如下图所示,也是一个立方体。除在立方体的8个顶角上各有一个与相邻晶胞共有的原子外,在6个面的中心也各有一个共有的原子。属于这种晶格的金属有:γ-Fe,Ni,A1,Cu,Pb,Au,Rh等。




  晶格常数:a ;
      晶胞原子数:4,立方体顶角上的原子为8个晶胞所共有,面上的原子为两个晶胞所共有;
      原子半径:面的对角线;
      配位数:12;
      致密度:0.74。



(3)密排六方晶格(c.p.h):Close-Packed Hexagonal Lattice
    密排六方晶格的晶胞如下图所示,是一个正六棱柱体。在六棱柱体的12个顶角及上下底面的中心各有一个与相邻晶胞共有的原子,两底面之间还有3个原子。属于这类晶格的金属有Mg,Zn,Be,Cd等。



晶格常数:a和c;
      晶胞原子数:6;六棱柱顶角原子为六个晶胞所共有,底面中心的原子为两个晶胞共有,两底面之间的三个原子为晶胞所独有;
      原子半径:a/2;为底面边长的一半;
      配位数:12;
      致密度:0.74。


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二、实际金属的晶体结构
    在实际应用的金属材料中,原子的排列不可能像理想晶体那样的规则和完整,总是不可避免地存在一些原子偏离规则排列的不完整性区域,金属学中将这种原子组合的不规则性,统称之为结构缺陷,或晶体缺陷。根据缺陷相对于晶体的尺寸,或其影响范围的大小,可将它分为点缺陷,线缺陷和面缺陷等。
    1.点缺陷
    点缺陷是指空间三维尺寸都很小,不超过几个原子间距的缺陷。晶体中的点缺陷主要指空位、间隙原子、置换原子等(如下图所示)。点缺陷的存在,破坏了原子的平衡状态,使晶格发生扭曲,从而引起性能变化,使金属的电阻率增加,强度、硬度升高,塑性、韧性下降。



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空位:是指晶格中某些缺排原子的空结点,空位的产生是由某些能量高的原子通过热振动离开平衡位置引起的。
      间隙原子:某些挤进晶格间隙中的原子称为间隙原子,间隙原子可以是基体金属原子,也可以是外来原子。


[flash]http://files.instrument.com.cn/bbs/upfile/2008924221324.swf[/flash]
间隙和空位原子


置换原子:如果外来原子取代了结点上原来原子的位置,这种原子称为置换原子。
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3.面缺陷:
    面缺陷是指在一个方向上的尺寸很小(同点缺陷),而其余两个方向上的尺寸则很大的缺陷。晶体的外表面及各种内界面——一般晶界、亚晶界及层错等属于这一类。
      晶界:如果一块晶体内部的晶格方位完全一致,这种晶体称为单晶体。实际使用的金属材料几乎都是多晶体(如下图所示),即由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成,这些小晶体称为晶粒。


晶粒与晶粒之间的交界面称为晶界(如图所示)。晶界是两个晶粒的过渡部位,原子排列不规则。晶界对位错运动有阻碍作用,是金属中的强化部位。金属的晶粒越细,晶界总面积越大,金属的强度也越高,因而实际使用的金属材料力求获得细晶粒。




亚晶界:晶粒本身也不是完整的理想晶体,它是由许多尺寸很小、位向差也很小的小晶块镶嵌而成的(如下图所示),这些小晶块称为亚晶粒。亚晶粒之间的交界面称为亚晶界。亚晶界对金属同样有强化作用。
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