第二章 工程材料结构(02 金属及合金的结晶)
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图2-1 晶格示意图图2-2 晶胞示意图图2-3 晶格常数(二)晶格的类型1、体心立方晶格:如图2-4(a)所示,晶胞是一个立方体,晶格参数a=b=c,α=β=γ=90○,原子排列于立方体的各个结点和立方体的中心。
在一个体心立方晶胞中,含有多少个原子?属于这类晶格的金属有:C r、M0、W、V、αF e(912℃以下的纯铁)。
2、面心立方晶格:如图2-4(b)所示,其晶胞亦是一个立方体,原子除了分布于立方体的8个顶点外,在每个面的中心也分布着一个原子。
在一个面心立方晶胞中,含有多少个原子?属于这类晶格的金属有:C u、Al、N i、A u、A g、γF e(912-1394℃的纯铁)等。
3、密排六方晶格:如图2-4(c)所示,晶胞是一个六方柱体,晶格参数a=b≠c,α=β=90○,γ=120○。
属于这类晶格的金属有:Be、Mg、Zn、Ca等。
图2-4 晶格类型示意图(a)体心立方晶格(b)面心立方晶格(c)密排六方晶格(三)单晶体的各向异性在晶体中,由于各晶面和各晶向上的原子排列密度不同,因而在同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能不同,这种现象叫做“各向异性”。
单晶体具有各向异性的特征,而多晶体一般不具有各向异性。
二纯金属的实际结构如上我们讨论的是理想单晶体的结构,单晶体材料只有经过特殊制做才能获得,例如半导体工业中的单晶硅。
但在实际金属材料中,其晶体结构和理想晶体相差甚远。
因此有必要在了解了理想晶体结构之后,进一步讨论实际金属的结构。
(一)多晶体结构和亚结构在机器制造业中使用的金属都是多晶体,即材料内部包含了许许多多的小晶体,其中的每一个小的晶体都称之为一个晶粒,相邻的晶粒间晶格的位向有明显的差别,晶粒之间原子排列不规律的区域(晶粒之间分界面)称为晶界,如图2-5。
由许多晶粒所组成的结构称之为多晶体结构。
晶粒晶界图2-5 多晶体显微组织照片和微观示意图1、多晶体结构:多晶体结构中,晶粒的尺寸一般很小,如钢铁材料一般为0.1~0.001mm左右,必须在显微镜下才能看到。