KEY 2-3 实际金属的晶体结构.pdf

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1、KEY 2-4 实际金属的晶体结构 由前面我们已经知道常见金属的晶体结构有体心立方面心立 方密排立方等晶格类型 理想的金属晶体理论上应由这些晶胞在三维空间里做周期 性的常程有序的重复排列,形成原子排列位向完全一致的 单晶体结构。 一、多晶体结构 工程上实际使用的金属材料并不是一个理想的单晶体， 而是一个由许多外形不规则的单晶体组成的多晶体结构 晶界晶界 晶粒晶粒 组成多晶体的这些单晶体称为晶粒 晶粒和晶粒之间的交界处称为晶界 在多晶体结构中，晶粒和晶粒之间的晶 格位相皆不相同，但每一个晶粒内部的 原子排列大体属于同一位向。 金属材料的晶粒一般很小，钢铁材料的 晶粒尺寸仅为10-210-1mm，

2、因此只有 经显微镜放大后才能观察到 图中所示为工业纯铁经化学 试剂深侵蚀后在金相显微镜 下所观察到的晶粒图片。 正因为不同晶粒内原子排列位向不同，以致每个晶粒的各向异 性相互抵消，从而使得多晶体在性能上呈现出各个方向上大体 相同的现象，称为各向同性，即大家在日常生活中所看到的金 属材料在各个方向上承受拉、压等载荷的性能基本相同 因为每个晶粒的晶格位向不同，则在同一侵蚀剂的作用下 溶解的速度不同，所以呈现出不同的色调 实际金属不仅是一个多晶体结构，而且即使在单个晶粒内 部原子的排列也不是理想的排列，或多或少地偏离理想结 构，存在着一些不规则排列的缺陷称为晶体缺陷 有缘学习更多+ 谓y g d 3

3、 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育 （店铺） 面缺陷 点缺陷 线缺陷 二、晶体缺陷 根据缺陷在三维 空间的尺寸大小， 分为 1.点缺陷：空间三维尺寸都很小，不 超过几个原子直径的缺陷 空位 间隙原子 置换原子 空位：晶格上没有原子的结点 晶体中的原子在结点上不是固定不动的，而是不停地进行热振动 ，某些能量高的原子克服周围原子对它的束缚作用，而脱离原来 的结点位置，从而造成该结点处的空缺 间隙原子: 在晶格结点以外的存在的原子 空位空位 间隙间隙 原子原子 同时，任何纯金属中都或多或少存在杂质，即 其他元素原子，这些原子称为异类原子 当这些异类原子比金属原子半径小得多时，则异类原子存在晶

4、 格的间隙中，称为间隙原子，而晶格间隙都较小，因此间隙原 子一般都是较小的碳、氮、氢等非金属原子。 当异类原子与金属原子半径接近时，则异 类原子可能占据晶格上的一些结点，称为 置换原子 置换原子：占据晶格结点的异类原子 无论是空位、间隙还是置换原子，都会导致附近晶格发生歪扭， 称为晶格畸变。晶格畸变的存在使金属的性能发生变化，如强度 升高，塑性下降。 点缺陷对性能的影响: 同时空位和间隙原子的运动是金属中原子扩散的主要形 式，对金属材料的热处理过程极为重要。 2.线缺陷：它是在晶体中某处有一列或若干列原子发生 了有规律的错排现象。晶体中最普通的线缺陷就是位错 位错的形式有很多种，常见的是刃形位

5、错，插入象刀刃一样的 原子平面，从而使晶体沿EF线产生上、下层原子位置的错动 刃形位错立体图刃形位错立体图 位错线位错线 压应力 拉应力 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 离EF越近，原子的错动越大，越远，错动越小；与此同 时，位错的出现使得周围原子的应力场重新分布，位错 周围原子受到挤压，承受压应力，同时使得位错下部原 子则受拉应力 位错对性能的影响： 金属中位错很多，每一个位错都产生一个应力场，这些 应力场彼此交互作用，从而对金属的力学性能产生很大 的影响 生产中一般是采用增加位错的办法提高强度，但塑性 随之降低 同时金属的塑性变形主要是由

6、位错运动引起的，因此阻碍位错 运动是强化金属的主要途径。 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度; 3.面缺陷：晶体中一维尺寸很小，另 两维尺寸很大的缺陷，面缺陷包括晶 界和亚晶界。 晶界：晶粒与晶粒之间的交界面 1）晶界处的原子需要同时适应相邻两个晶粒的位向，从 一种晶粒位向逐步过渡到另一种晶粒位向，因而晶界处 的原子排列不规律，是两个不同位向的晶粒的过渡层 晶界的特点 在多晶体结构中，相邻晶粒的位向差大多在3040之间 2）是金属中的强化部位 晶界处杂乱无章的原子排列对位错运动有阻碍作用，在宏观 上则为阻碍材料的变形，为金属中的强化部分 金属的晶粒越细，晶界总面积越 大，金属的强度也越高，

7、实际使 用的金属材料力求获得细的晶粒 3）熔点低； 4）耐蚀性差； 因为晶界处能量比晶内高，有自发地向低能量状态转化的趋势， 因此晶界处在高温和腐蚀剂的作用下，晶界处先溶化或腐蚀 5）是相变的优先形核部位。 因为晶界处原子排列不规则，容易重新聚集组合。 亚晶界：亚晶粒之间的交界亚晶界：亚晶粒之间的交界 晶粒内部也不是理想的晶体，而是位向差很小的（一般不超过 3），称为镶嵌块的小晶块所组成，称为亚晶粒 亚晶界其实就是一系列的刃型 位错所组成的，亚晶界对金属 同样也有强化作用 不管是点缺陷、线缺陷还是 面缺陷都是晶格不完整的部 位，都会对金属的性能产生 一定的影响。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）