金属学与热处理

第1章 复习

金属学与热处理

金属键 典型金属原子结构：最外层电子数很少， 典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子 极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子， 极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子，形成电子 云。 金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金 金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金 属键。 属键。 特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性， 特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性， 形成低能量密堆结构 性质：良好导电、导热性能， 性质：良好导电、导热性能，延展性好2

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空间点阵 空间点阵： 空间点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何 ),即可得到一个由无数几何 点(阵点 lattice point),即可得到一个由无数几何 ), 点在三维空间排列成规则的阵列。 点在三维空间排列成规则的阵列。 晶胞：为了反映晶格 晶胞： 的对称性， 的对称性，常取最小重 复单元的几倍作为重复 单元。 单元。β

c

αγ

a

b

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晶系与布拉菲点阵晶系 三斜Triclinic 三斜Triclinic a≠b≠c ,α≠β≠γ 布拉菲点阵 晶系 简单三斜 六方 Hexagonal a1=a2=a3≠c,α=β=90º , ≠c,α=β= γ=120º 菱方 Rhombohedral a=b=c, α=β=γ≠90º 四方(正方)Tetragonal 四方(正方) a=b≠c, α=β=γ=90º α=β=γ= 正交 a≠b≠c,α=β=γ= a≠b≠c,α=β=γ=90º 简单正交 底心正交 体心正交 面心正交 立方 Cubic a=b=c, α=β=γ= a=b=c, α=β=γ=90º 布拉菲点阵 简单六方

单斜 Monoclinic a≠b≠c, a≠b≠c, α=γ=90º≠β

简单单斜 底心单斜

简单菱方

简单四方 体心四方 简单立方 体心立方 面心立方4

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典型的金属晶体结构 面心立方( 面心立方(A1, FCC) ) 体心立方( 体心立方(A2, BCC) ) 密排六方(A3, HCP) 密排六方( )

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晶胞内的原子数 点阵常数与原子半径

Nc N=Ni + + 2 8

Nf

配位数： 配位数：是指晶体结构中任一原子周围最近邻且等 距离的原子数。 距离的原子数。 致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分比。 致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分比。

4 3 n πR nv K= = 3 V V原子间隙

K为致密度 n为晶胞中原子数 v是一个原子的体积

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体心立方 晶格常数： 晶格常数：a(a=b=c)

3 原子半径： 原子半径：r = a 4 原子个数： 原子个数：2配位数： 配位数： 8 致密度： 致密度：0.68 常见金属： 常见金属：α-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等 、 、 、 、 、 等7

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面心立方 晶格常数： 晶格常数：a 2 a 原子半径 ：r = 4 原子个数：4 原子个数： 配位数： 12 配位数： 致密度： 致密度：0.74 常见金属： 常见金属： γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等 、 、 、 、 、 等8

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密排立方 晶

格常数： 晶格常数：底面边长 a 和高 c, c/a=1.633

= 1a 原子半径 ：r2 原子个数： 原子个数：6 配位数： 配位数： 12 致密度： 致密度：0.74 常见金属： 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等 、 、 、 等9

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晶体中原子的堆垛方式面心立方晶格与密排六方晶格密排面的堆垛顺序 密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB… 密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB… 面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC… 面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC…

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典型金属晶体中原子间的间隙四面体空隙( 四面体空隙( tetrahedral interstice) , 由 4 个球体所构成 ， interstice) 个球体所构成， 球心连线构成一个正四面体； 球心连线构成一个正四面体； 八面体空隙( 八面体空隙(octahedral interstice),由6个球体构成，球 nterstice) 个球体构成， 心连线形成一个正八面体。 心连线形成一个正八面体。

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八面体间隙--FCC 八面体间隙--FCC -- 八面体间隙的数目a 2

a 2

1 n =1+12× = 4 4八面体间隙半径

a 2a rB = 2 4

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四面体间隙--FCC 四面体间隙--FCC --3 a 4

四面体间隙的数目a 2

n =8四面体间隙半径

3a 2a rB = 4 4

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三种典型金属结构的晶体学特点

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晶向指数和晶面指数 晶向：连接晶体中任意原子列的直线。 晶向：连接晶体中任意原子列的直线。 晶面：穿过晶体的原子面(平面)。 晶面：穿过晶体的原子面(平面)。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。

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晶向指数求法(1) 建立以晶轴 ，b,c为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标长度 建立以晶轴a, , 为坐标轴的坐标系 为坐标轴的坐标系， 单位分别是晶胞边长a, , ,坐标原点在待标晶向上； 单位分别是晶胞边长 ，b,c,坐标原点在待标晶向上； (2) 选取该晶向上原点以外的任一点 选取该晶向上原点以外的任一点P(xa,yb,zc); , , ; (3) 将x,y,z化成最小的简单整数 ，v,w, 化成最小的简单整数u, , , , , 化成最小的简单整数 且u : v : w = x : y : z; ; (4) 将u,v,w三数置于方 ， , 三数置于方 括号2内就得到晶向指数 括号 内就得到晶向指数[uvw]。 内就得到晶向指数 。