金属材料的晶体结构2018

大连海洋大学精品课程
机械工程材料
授课教师：潘颖 授课时间：2013年05月14日
目录
第1篇 金属材料的结构与性能
第2篇 金属材料组织和性能的控制 第3篇 常用机械工程材料 第4篇 材料的应用
大连理工大学经济系0501班 姜珊
2
第1篇 金属材料的结构与性能
3
第1章 金属材料的晶体结构
3
第2章 金属材料的性能
金属原子堆积方式 晶格类型 C.N.
（配位数）
空间 利用率 /%
实例 （教材p.215 表9-2）
简单立方堆积（scp）简单立方 A.A （个别 ）
体心立方堆积（bcp） 体心立方 AB.AB （少） 面心立方密堆积 （fcp）ABC.ABC 面心立方 （50多种 金属）
6
8
52
68
-Po 钋 （极少 ）
例二 求截距为2、3、∞ 晶面的指数 取倒数为1/2、1/3 、0, 化为最小整数加圆括弧得 （320） 例三 画出（112）晶面 取三指数的倒数1、1、1/2, 化成最小整数为2、2、 1，即为X、Y、Z三坐标轴上的截距
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
*晶面族与晶向族: (hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面称作 晶向族或晶面族。分别用{hkl}和<uvw>表示。
(111)
其它的( 111)晶面
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
2.晶向指数： ① 确定原点，建 立坐标系，过原点 作所求晶向的平行 线。 ② 求直线上任一 点的坐标值并按比 例化为最小整数， 加方括弧。形式为 [uvw]。
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.5 晶格的致密度
三种典型金属晶格的相关数据
晶格类型 体心立方晶格 面心立方晶格 晶胞中原子数 原子半径 致密度 配位数
2 4 6
3 a 4 2 a 4
1 a 2
0.68 0.74 0.68
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
*立方晶系常见的晶向为： 100 : [100]、 [010]、 [001]
110 : [110]、 [101]、 [011]、 [1 10]、 [1 01]、 [0 1 1] 111 : [111]、 [1 11]、 [1 1 1]、 [111]
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.3 晶体结构的概念
1.晶格：用假想的直 线将原子中心连接起 来所形成的三维空间 格架。 2.晶胞：能代表晶格 原子排列规律的最小 几何单元。
（a）晶态
（b）非晶态
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金属的结构
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SiO2的结构
沙子(SiO2原子晶体）和玻璃（无定形体）
第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.2 金属材料的特性和金属键
以金属键结合为主 良好的导电性、导热 性、延展性和金属光泽 用量最大、应用最广泛
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
1.晶面指数：
例一 求截距为∞、1、∞ 晶面的指数 截距值取倒数为0、1、0，加圆括弧得（010）
立方
1.1.3 晶体结构的概念
3.晶格常数：晶胞个边 的尺寸 a、b、c。 各棱间的夹角用α、β、 γ表示。 *晶系：根据晶胞参数 不同，将晶体分为七种 晶系。 90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。
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六方
四方 菱方
正交
单斜
三斜
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一、金属晶体
表9-1 金属晶体的4种晶格（教材p.213 - 215）
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
例一 已知某过原点晶向上一点的坐标为1、1.5、2，求 该直线的晶向指数。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得[234]。
[234]
例二 已知晶向指数为[110], 画出该晶向。 找出1、1、0坐标点,连接原
点与该点的直线即所求晶向。
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[110]
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.1 晶体与非晶体
晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要 以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下 晶体和非晶体可互相转化。
Li, Na, K, Rb, Cs, V, Nb, Ta, Cr, Mn, Fe … Ca, Sr, Ba, Pt, Pd, Cu, Ag … Be, Mg, Sc, Ti, Zn, Cd …
12
74
六方密堆积（hcp） 六方 AB.AB （多）
12
74
一、金属晶体（续）

（一）堆积方式 简单立方堆积： A.A 体心立方堆积: AB.AB (正方形) 面心立方密堆积: ABC.ABC 六方密堆积： AB.AB A层六角形， B层三角形， 不同于体心立方堆积中的正方形。
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.4 金属中常见的晶格类型---密排六方晶格
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常见金属：Mg、Zn、 Be、Cd等
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
面心立方
面心立方晶胞
密排六方
简单立方堆积
A.A
体心立方堆积
AB.AB (正方形)
面心立方密堆积(fcp)
ABC-ABC排列堆积
六方密堆积：
AB-AB
排列堆积
A层六角形，B层三角形，不同于体心立方堆积中的正方形（教材p. 213, 图9-10）。 A层与B层之间存在两种类型的空隙，即四面体空隙及八面体空隙。
五、晶体结构的实验测定:
X-射线衍射分析 (原理见: 教材p.211)
Sir William (Henry) Bragg 1915 Nobel Prize in Physics
第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
*立方晶系常见的晶面为： {100} : (100)、 (010)、 (001)
{110} : (110)、 (101)、 (011)、 (1 10)、 (1 01)、 (0 1 1) {111} : (111)、 (1 11)、 (1 1 1)、 (111)

简单立方（左）和体心立方（右）解剖图
面心立方解剖图
第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.4 金属中常见的晶格类型---体心立方晶格
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常见金属：α-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等。
8 12 12
密排六方晶格
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
晶面：晶体中通过一系列原子中心所构成的平面。 晶向：通过两个以上原子中心的直线，可代表某 一原子列在晶格空间的位向。 表示晶面的符号称晶面指数。 表示晶向的符号称晶向指数。
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.4 金属中常见的晶格类型---面心立方晶格
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常见金属：γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等
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第1章 金属材料的晶体结构
密排面 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 {110} {111} 六方底面 数量 6 4 1 密排方向 <111> <110> 底面对角线 数量 4 6 3
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.5 晶格的致密度
1.原子半径：晶胞中原子密度最 大方向上相邻原子间距的一半。 2.晶胞中原子数：一个晶胞内所 包含的原子数目。 3.配位数：晶格中与任一原子距 离最近且相等的原子数目。 4.致密度：晶胞中原子本身所占 的体积百分数。
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第1章 金属材料的晶体结构

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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
说明： ① 在立方晶系中，指 [110] 数相同的晶面与晶向 相互垂直。 ② 遇到负指数，“-” 号放在该指数的上方。 ③ 晶向具有方向性， － － 如[110]与[110]方向 X 相反。
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
1.晶面指数： ① 确定原点，建立坐 标系，求出所求晶面 在三个坐标轴上的截 距。 ② 取三个截距值的倒 数并按比例化为最小 整数，加圆括弧，形 式为（hkl）。
晶格和晶胞示意图
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四、晶体的内部结构






（一）晶格（Crystal lattice）（几何概念） ——指组成晶体的质点（原子、分子、离子、原子团 等）在空间作有规则的周期性排列所组成的格子。 共14种晶格（见上），分属于7个晶系。 （二）晶胞（Cell） ——能表达晶体结构的最小重复单位。 换言之：胞晶在三维空间有规则地重复排列组成了晶 体。 （三）结点 ——即晶格结构中固定的点。
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Z
[110]
(221)
[221]
Y
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第1章 金属材料的晶体结构
[章节内容]: 1.1纯金属的晶体 结构 1.2实际金属的晶 体结构与晶体缺陷 1.3合金的相结构
1.1.6 晶面和晶向及晶体的各向异性
3.密排面和密排方向： •单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。 •单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。 •原子密度最大的晶面或晶向称密排面或密排方向。