♦ 晶体由一个晶格排列方位完全一致的晶粒组成。
♦ 晶体具有各向异性
例如:单晶硅、单晶锗等。
实际工程上用的金属材料都是由许多颗粒状的小晶体组成,每个小晶体内部的晶格位向是一致的,而各小晶体之间位向却不相同,这种不规则的、颗粒状的小晶体称为晶粒,晶粒与晶粒之间的界面称为晶界,由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。
金属的多晶体结构示意图
据晶体缺陷的几何特点,可将其分为以下三种类型:
点缺陷
点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的缺陷。
最常见的点缺陷是晶格空位和间隙原子。
在晶体中由于点缺陷的存在,将引起周围原子间的作用力失去平衡,使其周围原子向缺陷处靠拢或被撑开,从而晶格发生歪扭,这种现象称为晶格畸变。晶格畸变会使金属的强度和硬度提高。
线缺陷
线缺陷是指在一个方向上的尺寸很大,另两个方向上尺寸很小的一种缺陷,主要是各种类型的位错。
所谓位错是晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。
位错的形式很多,其中简单而常见的刃型位错,晶体的上半部多出一个原子面(称为半原子面),它像刀刃一样切入晶体中,使上、下两部分晶体间产生了错排现象,因而称为刃型位错。
刃型位错示意图
位错的存在对金属的力学性能有很大的影响。例如冷变形加工后的金属,由于位错密度的增加,强度明显提高。
面缺陷
面缺陷是指在两个方向上的尺寸很大,第三个方向上的尺寸很小而呈面状的缺陷。面缺陷的主要形式是各种类型的晶界。
晶界的存在,在常温下对金属塑性变形起阻碍作用。所以,金属的晶粒愈细,则晶界愈多,对塑性变形的阻碍作用愈大,金属的强度、硬度愈高。
晶界与亚晶界结构示意图
基本概念
合金:两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为合金。
相:指系统中具有同一聚集状态、同一物理化学成分、同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。
两大类:固溶体和金属化合物。
固溶体
定义:就是固体溶液,是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体,并保持溶剂元素的晶体结构。
结构:同溶剂的晶格结构。
分类:置换固溶体和间隙固溶体
固溶体的性能:与基体金属相比,强度硬度增加,塑性韧性降低,电阻、矫顽力增加。
固溶强化:通过溶入某种合金元素形成固溶体而使材料强度增加的现象称为固溶强化。强化材料的方法之一。
金属化合物
定义:合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。
性能特点:三高。
机械混合物
是由两种单相固溶体或固溶体与化合物组成的一种复相物,两相各自保持独立的晶格结构,不互溶,不化合,作为一种金相组织出现在合金中。
机械混合物的性能取决于两相的相对含量及组成相的大小和形状。