一、金属与合金的晶体结构

合金的晶体结构合金是由两种或两种以上的金属元素与非金属组成的具有金属特性的物质。

例如碳钢是铁和碳组成的合金。

组成合金的最基本的、独立的物质称为组元,简称为元。

一般来说,组元就是组成合金的元素。

例如铜和锌就是黄铜的组元。

有时稳定的化合物也可以看作组元,例如铁碳合金中的Fe3C就可以看作组元。

通常,由两个组元组成的合金称为二元合金,由三个组元组成的合金称为三元合金。

相是指合金中成分、结构均相同的组成部分,相与相之间具有明显的界面。

通常把合金中相的晶体结构称为相结构,而把在金相显微镜下观察到的具有某种形态或形貌特征的组成部分总称为组织。

所以合金中的各种相是组成合金的基本单元,而合金组织则是合金中各种相的综合体。

一种合金的力学性能不仅取决于它的化学成分,更取决于它的显微组织。

通过对金属的热处理可以在不改变其化学成分的前提下改变其显微组织,从而达到调整金属材料力学性能的目的。

根据构成合金的各组元之间相互作用的不同,固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。

1.固溶体合金在固态下,组元间仍能互相溶解而形成的均匀相,称为固溶体。

形成固溶体后,晶格保持不变的组元称溶剂,晶格消失的组元称溶质。

固溶体的晶格类型与溶剂组元相同。

根据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同,可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两种。

(1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。

置换固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两类。

形成置换固溶体时,溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取决于两者晶格类型、原子直径的差别和它们在周期表中的相互位置。

(2间隙固溶体溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体称为间隙固溶体。

由于晶格间隙通常很小,所以都是由原子半径较小的非金属元素(如碳、氮、氢、硼、氧等溶入过渡族金属中,形成间隙固溶体。

(3固溶体的性能由于溶质原子的溶入,固溶体发生晶格畸变,变形抗力增大,使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。

(3) 不需最小整数化； (4) 〔1 1 1〕
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。

主要线
二条平行线（ECF、PSK）表示恒温反应： ECF：1148 ℃发生共晶反应 Lc --- AE + Fe3C PSK: 727 ℃发生共析反应 As ----- FP + Fe3C
ES线（Acm线）:C在A中的固溶线。 1148 ℃：C在A中最大溶解度2.11% 727 ℃: C在A中最大溶解度0.77%
在钢中与其他组织共存时，可呈片状、网状或粒 状。 Fe3C的形状、大小、分布和数量对钢的性 能有极大的影响。
Fe3C在一定条件下可分解成铁和石墨。
（4）珠光体 P
含碳量为0.77%的A同时析出F和Fe3C的机械 混合物。（共析反应）
P是软的F片和硬的Fe3C片相间的机械混合物。 性能介于两者之间：δ=20～25%，σb =600～800MPa，HBS=170～230
（2）固溶体是单相，它具有与溶剂金属相同的晶 格。其基本性能也同溶剂。
（3）根据溶解的方式不同，固溶体可分为：
① 置换固溶体（下页图）
一部分溶剂晶格结点上的原子被溶质原子所代替。 在溶剂和溶质原子直径差别不大时易形成。晶格会 发生畸变，塑性变形阻力增加，强度和硬度升高， 这种溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象， 叫固溶强化。——提高合金机械性能的一个途径。
目的： ① 细化晶粒（可提高σ、δ、ak） ② 降低硬度（便于切削加工） ③ 消除内应力（以及加工硬化）、（可防变形和
开裂）
1、完全退火
将亚共折钢加热到AC3以上30-50℃，保温 后缓冷。
加热得细晶粒的A，冷却后得细晶粒F＋P。 目的：
①细化晶粒；②降低硬度；③消除内应力。
2、球化退火
重要特性点 P19 B1-4
特性点 A C D E F G

铝合金晶体结构
铝合金是由铝和其他金属元素混合而成的合金，具有良好的强度、耐
腐蚀性和导电性。

其晶体结构可以分为两类：铝单质和铝合金。

铝单质的晶体结构为面心立方格子，每个原子周围有12个最近邻原子，其中6个在同一平面上，另外6个在上下两个平面中。

这种结构使得
铝单质具有良好的塑性和导电性。

而铝合金的晶体结构则取决于所添加的其他金属元素。

常见的铝合金
有以下几种晶体结构：
1. 固溶态：在加热时，其他金属元素会溶解在铝中形成固溶态。

此时
晶体结构与纯铝相同为面心立方格子。

2. 调质态：在加热后快速冷却至室温后，其他金属元素会形成一些小
颗粒分布于铝中，此时晶体结构为四方密排。

3. 变形硬化态：通过变形加工使得晶粒发生变化，在此状态下的晶体
结构多样，常见的为等轴晶、柱状晶和片状晶。

总之，铝合金的晶体结构多样化，不同的结构对其性能有着不同的影
响。

因此，在制造铝合金时需要根据具体用途和要求来选择合适的晶体结构。