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金属材料的晶体学织构与各向异性共72页文档

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大学材料科学经典课件第二章材料的晶体结构

大学材料科学经典课件第二章材料的晶体结构
2) 方法同立方晶系， (hkil)为在四个 坐标轴的截距倒数的化简，自然可 保证关系式h＋k＋I＝0。底面指数 为(0001),侧面的指数为(1010)。
晶系晶向与晶面指数
三、六方晶系晶面与晶向指数
2、晶向指数
标定方法：
1. 平移晶向(或坐标)，让原 点为晶向上一点，取另一 点的坐标，有:
2. 并满足p＋q＋r＝0 ；
1. 建立坐标系 结点为 原点，三棱为方向， 点阵常数为单位 （原 点在标定面以外，可 以采用平移法）；
2. 晶面在三个坐标上的 截距a1 a2 a3 ；
3. 计算其倒数 b1 b2 b3 ；
4. 化成最小、整数比h： k：l ；
5. 放在圆方括号(hkl)， 不加逗号，负号记在 上方 。
晶面指数特征：与原点位置无关；每一指数对应 一组平行的晶面。平行晶面的晶面指数相同，或
三、其他晶体学概念
5.两晶向之间的夹角： 在立方晶系中按矢量关系，晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]
之间的夹角满足关系：
在立方晶系，晶面之间的夹角也就是为其法线的夹角， 用对应的晶向同样可以求出。
非立方晶系，晶面或晶向之间的夹角可以计算，但要 复杂许多。
第二节 纯金属常见的晶体结构
结构特点:以金属键结合，失去外层电子的金属离子与 自由电子的吸引力。无方向性，对称性较高的密堆 结构。
晶体结构则是晶体中实际 质点（原子、离子或分子） 的具体排列情况，它们能 组成各种类型的排列，因 此，实际存在的晶体结构 是无限的。
晶体结构和空间点阵的区别
晶体结和空间点阵的区别
三、晶面指数和晶相指数
.晶面(crystal face): 在晶格中由一系列原子所构成的平面
称为晶面。

金属的晶体结构与结晶.pptx

金属的晶体结构与结晶.pptx
3.1 金属的结构
(2)晶格、晶胞、晶格常数 ➢用于描述原子在晶体中排列规则的三维空间几何点阵称 为晶格。 ➢在晶格中就存在一个能够代表晶格特征的最小几何单元， 称之为晶胞。 ➢描述晶胞大小与形状的几何参数称为晶格常数。
第2页/共31页
3.1 金属的结构
二、常见金属的晶体结构
1、体心立方晶格
体心立方晶胞如图所示。在晶胞的八个角上各有 一个金属原子，构成立方体。在立方体的中心还有 一个原子，所以叫作体心立方晶格。属于这类晶格 的金属有铬、钒、钨、钼和α-铁等。
➢铸件：铸造后不再经塑性加工的产品。 ➢铸锭：铸造后还要经塑性加工的产品。
金属铸锭呈现三个不同外形的晶粒区，即表面细 晶粒区、柱状晶粒区和等轴晶粒区。
第29页/共31页
3.4 合金的晶体结构
一、表面细晶粒区（外壳层）
浇铸时，由于激冷，使过冷度增大，模壁凹凸不平，促进形核， 在极短的时间内形成大量的晶核，组织致密，但很薄。细晶粒区 的成分均匀，强度高，韧性好。
形核率N 、长大速度第G15与页过/共冷31页度T 的关系
3.2 纯金属的结晶
（2）变质处理
变质处理是在浇注前向液态金属中加入一些细 小的难熔的物质（变质剂），在液相中起附加 晶核的作用，使形核率增加，晶粒显著细化。
（3）振动处理
金属结晶时，利用机械振动、超声波振动，电 磁振动等方法，既可使正在生长的枝晶熔断成 碎晶而细化，又可使破碎的枝晶尖端起晶核作 用，以增大形核率。
第22页/共31页
3.4 合金的晶体结构
固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两种： ➢置换固溶体
溶质原子代替溶剂原子占据溶剂晶格中的某些结 点位置而形成的固溶体，称为置换固溶体，如图所 示。 按溶质溶解度不同，置换固溶体又可分为有限固溶 体和无限固溶体。

金属材料的结构资料PPT课件

金属材料的结构资料PPT课件
加圆括弧，形式为（hkl）。
第7页/共59页
• 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）
• 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 ，第即8页/为共59X页、
第27页/共59页
密排六方晶格的参数
第28页/共59页
• 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
原子半径：r 1a
2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
第29页/共59页
第30页/共59页
2、实际金属的晶体结构 • ⑴ 单晶体与多晶体
{110}
Z
（011）
（110） （011） （101）
（101）
Y （110）
X
第14页/共59页
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、[010]、[001]
110 : [110]、[101]、[011]、[110]、[101]、[011]
111 : [111]、[111]、[111]、[111]
• 间隙固溶体都是有限固溶体。
第53页/共59页
化 合 物
Cu-Zn有限固溶体
• ④ 固溶体的性能
• 随溶质含量增加, 固溶体 的强度、硬度增加, 塑性、 韧性下降—固溶强化。
• 产生固溶强化的原因是 溶质原子使晶格发生畸 变及位错运动受到阻碍。

材料科学基础,第2章,材料中的晶体结构

材料科学基础,第2章,材料中的晶体结构

凡满足此关系的晶面都属于以[u
v w]为 晶带轴的晶带，故此关系式也称晶带定律。
晶带、晶带面和晶带轴
第二节 纯金属的晶体结构
一.典型金属的晶体结构
是指最简单的晶体结构。
由于金属键的性质，使典型金属的晶体
具有高对称性，高密度的特点。
常见的典型金属晶体是面心立方、体心
立方和密排六方三种晶体，其晶胞结构 如图2-10~2-12所示。
3.晶向与晶面的关系
晶面：晶体中
由一系列原子所 组成的平面。
晶向：原子在
空间排列的方向 称为晶向。
1.晶面、晶向及其表征
1）晶面
（ 1 ）定义：晶体点阵在任何方向上可分 解为相互平行的结点平面，称为晶面。 （2）特征： 晶面上的结点在空间构成一个二维点阵。 同一取向上的晶面，不仅相互平行、间 距相等，而且结点的分布也相同。 不同取向的结点平面其特征各异。
正交 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＝90º
简单三斜
简单单斜
底心单斜
简单正交
体心正交
底心正交
面心正交
简单立方
体心立方
面心立方
简单六方
简单菱方
简单四方
体心四方
二、晶体结构的定量描述
—晶面指数、晶向指数
1.晶面、晶向及其表征 2.六方晶系的晶面指数和晶向指数
（3）晶面指数：
结晶学中经常用（ hkl ）来表示一组平
行晶面，称为晶面指数。
数字 hkl 是晶面在三个坐标轴（晶轴）
上截距的倒数的互质整数比。
晶面指数求法：
①在所求晶面外取晶胞的某一顶点 为原点O，三棱边为三坐标轴x，y， z； ②以棱边长a为单位，量出待定晶 面在三个坐标轴上的截距；

金属材料的晶体学织构与各向异性

金属材料的晶体学织构与各向异性
2020/3/3
章节目录
23
2.1 X射线衍射仪（XRD）
1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时，发现一种新的射线。
X射线是用人的肉眼不可见的，但能使某些物质发出可见荧光； 具有感光性，能使照相底片感光；具有激发本领，使气体电离。
X射线沿直线传播，经过电场时不发生偏转；具有很强的穿透 能力，波长越短，穿透物质的能力越大；与物质能相互作用。
deficient line
电子背散射衍射(EBSD)花样的产生原理
41
• TEM菊池花样——固定方向电子束入射到薄晶体中 ——前散射电子（透射电子） ——晶体对不同方向前散射电子在出射过程中的通道效
应，前散射电子的强度的角分布受晶面布拉格条件所调制而变化。 • SEM EBSP ——固定方向电子束入射到厚晶体中
如果将两种或两种以上的晶体物质混合在一起，则组成混合物的各相产 生的衍射花样是独立的、机械叠加。 根据衍射谱的特点 确定物相的晶体结构和相的种类——就是定性分析的 内容。
2020/3/3
32
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33
宏观应力的测定
测定应力的方法很多，其中X射线衍射法具有许多独特的优点，已被 广泛应用。其特点为：
① X射线应力测定是一种无损探测方法，它不需破坏构件（或材料） ② X射线衍射法测定的应变全部是弹性应变 ③ 测定的范围可小至2~3mm，因此可测量很小范围的应变 ④ X射线测得的应力只代表表面应力。
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残余应力测试方法分类
对于构件表层的残余应力， 目前主要采用X射线法、小盲孔法等。对 于构件内部残余应力的测定主要采用剥离、剖分等全破坏性的方法， 也可采用无损的超声波法。
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晶体材料织构分析

晶体材料织构分析

Microstructure evolution in pure Mg under compression II (Twin boundaries)
Strain 3.3% Strain 13.3% Strain 20%
The 86º boundaries are {10-12} extension twin boundaries, The 56º boundaries are {1-210} contraction twin boundaries, The 38º boundaries are {1-210}-{10-1-1) double twin boundaries.
多晶（100）极图
多晶（111）极图
织构表示方法
理想极图
织构表示方法
反极图 宏观坐标在晶体坐标上的极射赤面投影
织构表示方法
ODF (Orientation Distribution Function) 由实测多个极图数据计算得到 随机分布 整个取向空间
织构表示方法
ODF (Orientation Distribution Function) FCC:φ2=const BCC:φ1=const
Strain 3.3% Strain 6.7% Strain 10%
Strain 30%
Strain 20%
Strain 13.3%
Texture change is less drastic compared to that in pure Mg Minor changes due to extension twinning and slip
FCC金属取向线聚集
织构表示方法
取向线分析
织构的形成
金属塑性变形的本质－滑移

《机械工程材料》项目二、金属材料的晶体结构 图文 精品课程课件


(a) 置换固溶体；(b) 间隙固溶体 图2-7 固溶体的两种基本类性
14/33 焊接教研室 樊老师
任务1、金属的晶体结构
2、金属化合物 在合金相中，各组元的原子 按一定比例相互作用，生成 的晶格类型和性能完全不同 于任一组元，并且具有一定 金属性质的新相称为金属化 合物。例如：钢中的渗碳体 （Fe3C））是铁原子和碳原 子形成的金属化合物，它具 有图2-9所示的复杂晶格结 构。
在自然界中，除普通玻璃、松香、石蜡等少数物质以外， 2/33 包括金属和合金在内的绝大多数固体都是晶体。
焊接教研室 樊老师
任务1、金属的晶体结构
2.晶格和晶胞
为了研究金属原子在空间的排列情况，假定原子是一 个静止的刚性小球。金属晶体由这些小球按一定的规 律在空间紧紧排列而成。师
任务三 合金的晶体结构
12 焊接教研室 樊老师
任务1、金属的晶体结构
（六）合金的相结构
在液态时，大多数合金的组元都能相互溶解，形成均匀的液 体。在固态下，合金的相结构主要由组元在结晶时彼此之间 的作用而决定。 根据合金组元之间的相互作用不同，合金中相结构可分为固 溶体和金属化合物两种基本类型。
焊接教研室 樊老师
任务1、金属的晶体结构
合金：由两种或两种以上的元素组成，其中至少有一种为金属， 通过熔化或其它方法组成具有金属性的材料称为合金。 组元：通常把组成材料的最简单、最基本、能够独立存在的物质 称为组元。组元大多数情况下是元素；在研究的范围内既不 分解也不发生任何化学反应的稳定化合物也可成为组元。 相：凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的物质均匀 组成部分，称之为相。在固态材料中，按其晶格结构的基本 属性来分，可分为固溶体和化合物两大类。 组织：人们用肉眼或借助某种工具（放大镜、光学显微镜、电子 显微镜等）所观察到的材料形貌。它决定于组成相的类型、 形状、大小、数量、分布等。 11/33

材料各向异性原理2010

25
•各向异性控制的不 好带来的问题
26
产品表面质量与各向异性有关 橘皮
27
阳极铝箔腐蚀坑
28
三、检测晶体各向异性的实验技术
问题： 晶体内部由原子组成的晶面是不能直接观察到的，如 何确定？ 答案： 利用衍射技术。 方法分类： X射线衍射；电子衍射；
29
涉及衍射技术的几个重要人物
伦琴
劳厄
布拉格
A.Martens
43
FCC奥氏体
α′BCC马氏体
HCP马氏体
取向关系的确定； {111}γ∥(0002)ε||{110}α（圆圈所示）；<1⎯10> γ∥<11⎯20>ε||<11⎯1>α（方框所示）； 这是S-N关系和Burgers关系的叠加，最终是K-S关系。
44
[110]α <111>α
V1
V2 {1-12}α V6
{1-1-2}α
V4 V3
<111>α
通过迹线分析可确定6个变体 组成3对孪晶的形成过程及原 因，减小应变能。
<111>α
V5
(111)γ||(0001)ε||(110)α
{-112}α
45
Royal Microscopical Society honour David Dingley 26 January 2007/Inventor of the First Commercial EBSD System and An Original Founder
19
取向硅钢二次再结晶时形成高斯织构/粒子钉扎、高迁 移率晶界及表面能的作用
20
固态相变中出现的新/母相之间的取向关系；连续脱溶 （扩散型相变），马氏体相变；应变能/界面能的共同 作用； 2μm

晶体材料织构分析


Extension twinning is responsible for the ring basal texture in extruded Mg and basal rolling texture in Mg sheet
Texture evolution of Mg-0.5%Ce alloy under compression
Strain 3.3% Strain 6.7% Strain 10%
Strain 30%
Strain 20%
Strain 13.3%
Texture change is less drastic compared to that in pure Mg Minor changes due to extension twinning and slip
晶体坐标系与宏观坐标系之间的关系
坐标系的转动
欧拉角表示方法
定义 Z轴转动φ1，X轴转动φ ，Z轴转动φ2
欧拉角转动
欧拉角表示方法
欧拉角表示方法
欧拉角与米勒指数之间的关系
欧拉角表示方法
欧拉角取向空间（ 0°→90°）
织构表示方法
极图（极射赤面投影）
原理图
织构表示方法
极密度 P(αβ):表示各个晶面法向投影点的体积权重
晶体材料织构分析
引言
织构：多晶体取向分布状态明显偏离随机分 布的取向分布结构 存在形式：铸造、变形、退火、相变、烧结 表现形式：各向异性
晶体学基础
单晶体：
固定熔点 对称性 各向异性 规则几何结构 空间排列周期性
多晶体
固定熔点 各向同性 不规则
晶体学基础
晶体结构
基本单元周期排列
空间点阵
阵点空间周期排列，空间几何图形

[讲解]8.晶体的各向异性和多晶型性

五，晶体的各向异性晶体具有各向异性的原因是由于在不同品向上的原子紧密程度不同所致。

原子的紧密程度不同，意味着原子之间的距离不同，则导致原子间结合力不同，从而使晶体在不同晶向上的物理，化学和力学性能不同具体性能即无论是弹性模量、断裂抗力，屈服强度，还是电阻率、磁导率、线膨胀系数以及在酸中的溶解度等方面都表现出明显的差异例如具有体心立方晶格的Fe -α单晶体100晶向的原子密度即单位长度的原子数为a 1，110晶向为a 7.0，而111晶向为a16.1，所以111为最大原子密度晶向，其弹性模量GPa E 290=，100晶向的GPa E 135=，前者是后者的两倍多。

同样，沿原子密度最大的晶向的屈服强度，磁导率等性能，也显示出明显的优越性。

在工业用的金属材料中通常却见不到这种各向异性特征如上述Fe -α的弹性模量不论方向如何其弹性模量E 均在GPa 210左右这是因为，一般固态金属均是由很多结晶颗粒所组成，这些结晶颗粒称为晶粒。

由于多晶体中的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性被互相抵消，因此在一般情况下整个晶体不显示各向异性，称之为伪等向性一般固态金属均是由很多结晶颗粒所组成这些结晶颗粒称为晶粒图1-27为纯铁的显微组织图1-28为纯铜的显微组织图中的每一颗晶粒由大量的位向相同的晶胞组成晶粒与晶粒之间存在着位向上的差别如图1.29所示凡由两颗以上晶粒所组成的晶体称为多晶体一般金属都是多晶体只有用特殊的方法才能获得单个的晶体即单晶体特殊的加工工艺获得各向异性已在工业生产中得到了应用：如果用特殊的加工处理工艺，使组成多晶体的每个晶粒的位向大致相同，那么就将表现出各向异性，这点已在工业生产中得到了应用用特殊的工艺可以制备单个的晶体即单晶体少数金属以单晶体形式使用单晶铜：伸长率高电阻率低和极高的信号传输性能，可作为生产集成电路微型电子器件及高保真音响设备所需的高性能材料六，多晶型性多晶型性和同素异构转变：● 大部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如Sn Be Ti Mn Fe ,,,,等具有两种或几种晶体结构，即具有多晶型。

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