第二章 工业用钢 1、金属的晶体结构与结晶.ppt

第二章工业用钢
金属的晶体结构与结晶
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第一节金属与合金的晶体结构
内容:
金属的晶体结构
合金的晶体结构
实际金属的晶体结构
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一、晶体的基本知识
(一)、晶体与非晶体
固态物质按其原子(或分子)聚集状态可分为体和非晶体两大类。在晶体中,原子(或分子)按一定的几何规律作周期性地排列。非晶体中原子(或分子)则是无规则的堆积在一起。(如松香、玻璃、沥青)
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(二)、晶格、晶胞、晶格常数
1、晶格
为了便于表明晶体内部原子排列的规律,把每个原子看成是固定不动的刚性小球,并用一些几何线条将晶格中各原子的中心连接起来,构成一个空间格架,各原子的中心就处在格架的几个结点上,这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架,简称晶格。
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2、晶胞
由于晶体中原子有规则排列且有周期性的特点,为了便于讨论通常只从晶格中,选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律,这个最小的几何单元称为晶胞,整个晶格就是有许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。
3、晶格常数
在晶体学中,通常取晶胞角上某一结点作为原点,沿其三条棱边作三个坐标轴X、Y、Z,并称之为晶轴,而且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向,反之为反方向,并以棱边长度和棱面夹角
来表示晶胞的形状和大小。
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(三)、金属中常见晶格
由于金属键结合力较强,是金属原子总趋于紧密排列的倾向,故大多数金属属于以下三种晶格类型。
1、体心立方晶格
体心立方晶格的晶胞它是一个立方体。在晶胞的中心和八个角上各有一个原子,晶胞角上的原子为相邻的八个晶胞所共有,每个晶胞实际上只占有1/8个原子。而中心的原子为该晶胞所独有。故晶胞中实际原子数为8×1/8+1=2(个)。具有体心立方晶格的金属有、等。
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2、面心立方晶格
面心立方晶格也是一个立方体,在晶胞的每个角上和晶胞的六个面的中心都排一个原子,晶胞角上的原子为相邻的八个晶胞所共有,而每个面中心的原子为两个晶胞共有。所以,面心立方晶胞中原子数为8×1/8+6×1/2=4(个)。
具有面心立方晶格的金属有、等。
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3、密排六方晶格
密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体,有六个呈长方形的侧面和两个呈六边形的底面所组成。因此,要用两个晶格常数表示。一个是柱体的高度c,另一个是六边形的边长,在晶胞的每个角上和上、下底面的中心都排列一个原子,另外在晶胞中间还有三个原子。
密排六方晶胞每个角上的原子为相邻的六个晶胞所共有,上、下底面中心的原子为两个原子所共有,晶胞中三个原子为该晶胞独有。所以,密排六方晶胞中原子数为12×1/6+2×1/2+3=6(个)。具有密排六方晶格的金属有Mg 、Zn 。
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(四)、晶体结构的致密度
晶体结构的致密度是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比,可用来原子排列的紧密程度进行定量比较。
在体心立方晶胞中,含有2个原子。这2个原子的体积为2×(4/3)πr3,式中r为原子半径。故体心立方晶格的致密度为: 。

这表明在体心立方晶格中,有68%的体积被所占据,其余为空隙。。显然,致密度数值越大,则原子排列越紧密。所以,当铁由面心立方晶格变为体心立方晶格时,由于致密度减小而使体积膨胀。
厩胰胰巧姑滩