哈尔滨商业大学：《机械基础学》课程教学课件（PPT讲稿）第九章 常见金属的晶体结构类型

§9-1金属的晶体结构 • 一、晶体的基本概念 在自然界中除了一些少数的 物质（如普通玻璃、松香等） 以外，包括金属在内的绝大 多数固体都是晶体 1．晶体 所谓晶体是指其原子（离子 或分子）在空间呈规则排列 的物体

§9-1金属的晶体结构 • 一、晶体的基本概念 在自然界中除了一些少数的 物质（如普通玻璃、松香等） 以外，包括金属在内的绝大 多数固体都是晶体 1．晶体 所谓晶体是指其原子（离子 或分子）在空间呈规则排列 的物体

9-1-1晶体的基本概念 2．晶体结构 晶体中原子（离子或分子）在空间的具 体排列。 3．阵点（结点） 把原子（离子或分子）抽象为规则排列 于空间的几何点，称为阵点或结点。 4． 阵点（或结点） 在空间的排列方式称为空间点阵（简称 点阵） 5．晶面 点阵中的结点所构成的平面。 6．晶向 点阵中的结点所组成的直线

9-1-1晶体的基本概念 2．晶体结构 晶体中原子（离子或分子）在空间的具 体排列。 3．阵点（结点） 把原子（离子或分子）抽象为规则排列 于空间的几何点，称为阵点或结点。 4． 阵点（或结点） 在空间的排列方式称为空间点阵（简称 点阵） 5．晶面 点阵中的结点所构成的平面。 6．晶向 点阵中的结点所组成的直线

9-1-2晶体的基本概念 7．晶格 把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接 起来构成空间格子称为晶格。 8．晶胞 构成晶格的最基本单元。 由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞 来描述其排列特征。 9．晶格常数 晶胞的棱边长度a、b、c和棱间夹角α、β、γ 是衡量晶胞大小和形状的六个参数，其中a、 b、c称为晶格常数或点阵常数。 其大小用A来表示（1A=10-8cm） 若a=b=c，α=β=γ=90°这种晶胞就称为简单立 方晶胞。具有简单立方晶胞的晶格叫做简单 立方晶格

9-1-2晶体的基本概念 7．晶格 把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接 起来构成空间格子称为晶格。 8．晶胞 构成晶格的最基本单元。 由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞 来描述其排列特征。 9．晶格常数 晶胞的棱边长度a、b、c和棱间夹角α、β、γ 是衡量晶胞大小和形状的六个参数，其中a、 b、c称为晶格常数或点阵常数。 其大小用A来表示（1A=10-8cm） 若a=b=c，α=β=γ=90°这种晶胞就称为简单立 方晶胞。具有简单立方晶胞的晶格叫做简单 立方晶格

9-1-3常见金属的晶体结构类型 • 在金属元素中，常见的金属晶体结构类型有下面三 种晶体结构类型。 （一）体心立方晶格 • 体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立 方体的体中心还有一个原子 • 晶格常数a=b=c，通常只用a表示，（见图1-2）。 • 这种晶胞在其立方体的对角线方向上原子是紧密接触排列着 的。故其对角线长度 a方向上所分布的原子数目为2，这样 可计算出其原子半径： • 在这种晶胞中，因每个顶点上的原子是同时属于周围八个晶 胞所共有。 实际上每个体心立方晶胞中仅含有： 个原子。 3 8 1 2 8 1  + = r a 4 3 =

9-1-3常见金属的晶体结构类型 • 在金属元素中，常见的金属晶体结构类型有下面三 种晶体结构类型。 （一）体心立方晶格 • 体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立 方体的体中心还有一个原子 • 晶格常数a=b=c，通常只用a表示，（见图1-2）。 • 这种晶胞在其立方体的对角线方向上原子是紧密接触排列着 的。故其对角线长度 a方向上所分布的原子数目为2，这样 可计算出其原子半径： • 在这种晶胞中，因每个顶点上的原子是同时属于周围八个晶 胞所共有。 实际上每个体心立方晶胞中仅含有： 个原子。 3 8 1 2 8 1  + = r a 4 3 =

9-1-4常见金属的晶体结构类型 • 晶格的致密度：是指其晶胞中所包含的原子所占有的 体积与该晶胞体积之比。用“K”表示。 • 体心立方晶格的致密度： 即晶格中有68%的体积被原子占有，其余为空隙。 • 属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、 Cr、Mo、W、V等。 0.68 4 3 3 4 2 3 3 =         K =   a a

9-1-4常见金属的晶体结构类型 • 晶格的致密度：是指其晶胞中所包含的原子所占有的 体积与该晶胞体积之比。用“K”表示。 • 体心立方晶格的致密度： 即晶格中有68%的体积被原子占有，其余为空隙。 • 属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、 Cr、Mo、W、V等。 0.68 4 3 3 4 2 3 3 =         K =   a a

9-1-5常见金属的晶体结构类型 图1-2 体心立方晶格 图1-3 面心立方晶格

9-1-5常见金属的晶体结构类型 图1-2 体心立方晶格 图1-3 面心立方晶格

§9-2 Fe -Fe3 C 合金相图 600 P S Fe 1.0 2.0 3.0 4.0 Q 200 400 5.0 6.0 6.69 Fe3C 1400 1000 800 G 1200 E 1600 A C D F K ℃ 温 度 L L+γ L+Fe3CⅠ γ+ Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Le Le+Fe3CⅠ Le P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Le' Fe3CⅡ+Le' γ α + P P α α + γ 4 912℃ A3 1148 (2.11) (4.3) Le H 1394℃ （0.77） 0.02 B (0.09) L+δ (0.53)

§9-2 Fe -Fe3 C 合金相图 600 P S Fe 1.0 2.0 3.0 4.0 Q 200 400 5.0 6.0 6.69 Fe3C 1400 1000 800 G 1200 E 1600 A C D F K ℃ 温 度 L L+γ L+Fe3CⅠ γ+ Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Le Le+Fe3CⅠ Le P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Le' Fe3CⅡ+Le' γ α + P P α α + γ 4 912℃ A3 1148 (2.11) (4.3) Le H 1394℃ （0.77） 0.02 B (0.09) L+δ (0.53)

9-2-1型铁碳合金结晶过程图 WC × % ⑥ 2 1148 3 A+Fe3CⅡ+Ld 1 3.0 P+Fe3CⅡ+Ld' 3 G 5 A+Fe3CⅡ 0.77 2.11 Fe 1.0 2.0 P Q 200 400 F+P P+Fe3CⅡ F + F P A 600 800 5 3 4 4 4 3 S ① ②③ ℃ 温 度 L+A 1400 1394℃ 2 δ + A 1200 1000 E 912℃ A 1538 2 δ 1600 A1 1 1495 H 1 B J32 4 L+δ ④ 4.3 4.0 5.0 6.06.69 Ld 2 3 ⑤ ⑦ 2 Ld C1 1 L D 1227 F K Fe3C Fe3CⅡ+Ld' Ld+Fe3CⅠ L+Fe3C

9-2-1型铁碳合金结晶过程图 WC × % ⑥ 2 1148 3 A+Fe3CⅡ+Ld 1 3.0 P+Fe3CⅡ+Ld' 3 G 5 A+Fe3CⅡ 0.77 2.11 Fe 1.0 2.0 P Q 200 400 F+P P+Fe3CⅡ F + F P A 600 800 5 3 4 4 4 3 S ① ②③ ℃ 温 度 L+A 1400 1394℃ 2 δ + A 1200 1000 E 912℃ A 1538 2 δ 1600 A1 1 1495 H 1 B J32 4 L+δ ④ 4.3 4.0 5.0 6.06.69 Ld 2 3 ⑤ ⑦ 2 Ld C1 1 L D 1227 F K Fe3C Fe3CⅡ+Ld' Ld+Fe3CⅠ L+Fe3C

9-2-2典型铁碳合金结晶过程分 析 • 1．含碳0.01%的工业纯铁 • 2.含碳0.77%的共析钢（合金②） • 3.含碳0.40%的亚共析钢（合金③） • 4．含碳1.2%的过共析钢（合金④） • 5．含碳4.3%的共晶白口铁：（合金⑤） • 6．含碳3.0%的亚共晶白口铁：（合金⑥） • 7．含碳5.0%的过共晶白口铁（合金⑦）

9-2-2典型铁碳合金结晶过程分 析 • 1．含碳0.01%的工业纯铁 • 2.含碳0.77%的共析钢（合金②） • 3.含碳0.40%的亚共析钢（合金③） • 4．含碳1.2%的过共析钢（合金④） • 5．含碳4.3%的共晶白口铁：（合金⑤） • 6．含碳3.0%的亚共晶白口铁：（合金⑥） • 7．含碳5.0%的过共晶白口铁（合金⑦）

9-2-3含碳0.01%的工业纯铁

9-2-3含碳0.01%的工业纯铁