第二章金属材料结构与组织

r四
6 a1a 42
0.112a 0.225r原子
21
r八
2
a a 2
0.207a 0.414r原子
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
BCC、FCC、HCP晶胞的重要参数
晶胞 BCC
晶体学参数
原子半径
晶胞原子 数
配位数
致密度
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
简单立方
简单六方
体心立方
面心立方
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
3．三种典型的纯金属晶体晶胞
体心立方晶胞bcc
面心立方晶胞fcc
密排六方晶胞hcp
(Body-centered cubic) (Face-centered cubic) (hexagonal close-packed)
（3）密排六方晶胞HCP----Hexagonal Close-Packed
刚球模型
晶格模型
晶胞原子数
晶胞 HCP
晶体学参数
a=b≠c,c/a=1.633 α=β=90° γ=120°
原子半径 晶胞原子数 配位数
a/2
6
12
致密度 74%
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
空隙半径
七个晶系：
晶系 三斜晶系 单斜晶系 斜方晶系 正方晶系 菱方晶系 六方晶系 立方晶系
轴(棱边)之间的夹角
a≠b≠c, α≠β≠γ a≠b≠c,α=γ= 90°≠β
a≠b≠c,α=β=γ≠90° a≠b≠c,α=β=γ=90° a=b=c, α=β=γ≠90° a=b≠c,α=β=90°,γ=120 a=b=c, α=β=γ =90°
晶体与非晶体
晶体：材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则的 周期性排列。如金刚石、水晶、氯化钠等。
非晶体：材料的原子（离子、分子）无规则排列，和液 体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”
。如 玻璃、松香、石腊等。
区别
(a)、是否具有周期性、对称性 (b)、是否长程有序 (c)、是否有确定的熔点 (d)、是否各向异性
空隙半径
在晶胞空隙中放入刚性球的最大半径（它等于顶点原子 到空隙中心的距离减去原子半径）。体心立方晶胞中有 两种空隙，一种是四面体空隙，另一种为八面体空隙。
r四
5 a 4
3a 4
0.126a 0.29r原子
r八
1 2
a
3a 4
0.067a 0.15r原子
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
晶体学抽象：
空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为
晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成
单元）
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空间点阵
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2．晶胞的描述
晶体学参数： 三条棱边长a, b, c；三条棱边之间的夹角α,β,γ 晶格常数：a, b, c（1×10-10m~7×10-10m）
复习：
简单→复杂
单一性能→综合性能
结构材料→功能材料 单一材料→复合材料
结合键：
离子键 共价键 金属键 分子键
化学键 物理键
金属材料
工程材料
高分子材料 陶瓷材料
复合材料
贯穿全课程的“纲 ”
核心关系
材料的结构、性能、加工和使用状况称为材料科学与工程的 四要素
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
一、纯金属的晶体结构
1．理想晶体及其描述
理想晶体——实际晶体的理想化
三维空间无限延续，无边界 严格按周期性规则排列 完整的，无缺陷的 原子在其平衡位置静止不动
晶体结构: 晶体中原子（离子、分子）的排列方式
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(2) 面心立方晶胞FCC -----Face-Centered Cubic
刚球模型
晶格模型
晶胞原子数
晶胞 FCC
晶体学参数
a=b=c, α=β=γ=90°
原子半径 2a 4
晶胞原子数 4
配位数 12
致密度 74%
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面心立方晶胞的特征：
1) 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90° 2) 晶胞原子数： 18164
2) 晶胞原子数： 1 81 2 8
3) 原子半径：晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子间平
衡距离的一半
r
3 4
a
4) 配位数：晶格中与任一原子最近邻且等距离的原子数目。 8
5) 致密度：晶胞中原子本身所占有的体积百分数，即密排系数
k
nv1 v
243
a3
3
43a
68%
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82
3) 原子半径：
r
2 4
a
4) 配位数： 12
5) 致密度：
k
nv1 v
44
3
a3
2 4
3
a
74%
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
空隙半径
r四
3 a 4
2a 4
0.06a 0.225r原子
r八
1 2
a
2a 4
0.146a 0.414r原子
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(1) 体心立方晶胞BCC ——Body-Centered Cubic
刚球模型
晶格模型
晶胞原子数
晶胞 BCC
晶体学参数
a=b=c, α=β=γ=90°
原子半径 3a 4
晶胞原子数 2
配位数 8
致密度 68%
第二章金属材料结构与组织 第一章 材料的结构与性能
体心立方晶胞的特征：
1) 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°
空隙半径
a=b=c, α=β=γ=90o
r四＝0.29r原子
2
8
68% r八＝0.15r原子
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a=b=c, FCC α=β=γ=90o
What? “组织结构 ”
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第二章 金属的晶体结构与结晶
2.1 金属的晶体结构 2.2 实际金属的组织结构 2.3 金属的结晶
§2.1 金属的晶体结构
主要内容：
❖ 三种典型的晶体结构 ❖ 晶面指数、晶向指数的确定 ❖ 晶体缺陷
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属于此类结构的金属 属于此类结构的金属的
有：碱金属、难溶金 有：Al、Cu、Au、Ag
属（V、Nb、Cr、Mo 、γ-Fe、Ni、Pb以及奥
、W）、a-Fe等
氏体不锈钢等。
属于此类结构的金属
有： Mg、Zn 、 aBe、a-Ti、a-Zr、aCo等。
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