金属材料的结构与性能
第1章金属材料的性能与结构
1．晶体结构的基本知识
由于晶体原子排列呈周期性，因此， 可以从晶格中选取一个能够完全反应晶 格中原子排列特征的最小的几何单元， 来分析晶体中原子排列的规律性，这个 最小的几何单元称为晶胞 。
1．晶体结构的基本知识
晶格
晶胞
1．晶体结构的基本知识
Z c
α
β a
X a γ
b
Y
图1-9 晶胞的晶格常数和轴间夹角的表示法
（）
MPa
b
s
e
b
s
e
应变（%）
图1-2 单轴拉伸曲线示意图
2、金属的力学性能的指标一般有哪些？ 怎样获得这些指标？ 塑性是指金属材料在外力作用下，发生 永久变形而不破坏的能力。在工程中常用 塑性指标来判断金属材料的可成形性，常 用伸长率和断面收缩率来表征。 伸长率指试样在拉伸过程中，拉断标距长 度的延长值（见图1-1）与原始标距长度的 比值，即：
1.2.1 金属
在固态金属中，吸引力与排斥力的大 小以及它们的结合能量都随原子间距离 的变化而发生改变。这样就存在一个原 子间距，此时原子间相互排斥力与吸引 力相等，原子处于稳定平衡状态，该原 子间距即为平衡距离，这时原子之间的 结合能为最低，系统此时最稳定。
1.2.2 金属的晶体结构
1．晶体结构的基本知识 2. 常见金属的晶体结构 3. 晶面指数和晶向指数
第1章 金属材料的性能与结构
§1.1 金属材料的性能 §1.2金属的晶体结构
§1.3合金的相结构
1.1 金属材料的性能
金属材料是金属元素或以金属元素为 主构成的具有金属特性的材料的统称。 金属材料一般分为：黑色金属和有色 金属，黑色金属有钢、铸铁、铬、锰； 其他的金属，如铝、镁、铜、锌等及其 合金都为有色金属。 金属材料的性能包括：力学性能、物 理化学性能、工艺性能、经济性能等。
金属材料的结构和力学性能
金属材料的结构和力学性能金属材料是人类社会发展过程中不可或缺的重要材料之一。
它们以其独特的结构和力学性能，广泛应用于工业、建筑、交通等领域。
本文将探讨金属材料的结构和力学性能，并探索其在不同领域中的应用。
一、金属材料的结构金属材料的结构是由金属原子的排列方式决定的。
一般来说，金属材料的结构可以分为晶体结构和非晶体结构两种。
晶体结构是指金属原子按照一定的规律排列形成的结构。
最常见的晶体结构是面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。
在面心立方结构中，金属原子分布在一个立方体的八个顶点和六个面心上；在体心立方结构中，金属原子分布在一个立方体的八个顶点和一个立方体的中心；在简单立方结构中，金属原子仅分布在一个立方体的八个顶点上。
这些结构的不同排列方式决定了金属材料的性能。
非晶体结构是指金属原子的排列方式没有规律性。
它们通常具有高度的无序性和非晶性，使得金属材料具有特殊的性能，如高硬度、高强度和高韧性。
非晶体结构常见于特殊的金属合金中，如玻璃金属。
二、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
主要包括强度、韧性、硬度和延展性等指标。
强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力。
它可以分为屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是指金属材料开始发生塑性变形时所承受的最大应力；抗拉强度是指金属材料在拉伸过程中承受的最大应力；抗压强度是指金属材料在压缩过程中承受的最大应力。
这些强度指标直接影响金属材料的使用范围和承载能力。
韧性是指金属材料在受力过程中能够吸收能量的能力。
它是金属材料抵抗断裂的能力的重要指标。
韧性高的金属材料具有较好的抗冲击性和抗疲劳性。
硬度是指金属材料抵抗局部塑性变形的能力。
硬度高的金属材料通常具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
延展性是指金属材料在拉伸过程中能够发生塑性变形的能力。
具有良好延展性的金属材料可以在外力作用下发生较大的变形而不破裂。
三、金属材料的应用金属材料的结构和力学性能使其在各个领域中得到广泛应用。
金属材料与合金材料的结构与性能
金属材料与合金材料的结构与性能金属材料和合金材料是工业中常用的材料类型，它们具有广泛的应用领域和优良的性能。
本文将探讨金属材料和合金材料的结构与性能，以及它们的应用。
一、金属材料的结构与性能金属材料的结构主要由金属原子的排列方式决定。
金属原子由金属键连接在一起，形成晶体结构。
常见的金属结构有面心立方、体心立方和密排六方等。
这些结构都具有较高的结晶度和金属键的强度，使金属材料具有以下性能：1. 优良的导电导热性能：金属材料中的自由电子在外电场或温度梯度下能够自由移动，因此金属具有良好的导电导热性能，可广泛用于电子、电力等领域。
2. 良好的塑性和可加工性：金属材料的晶体结构中存在晶界和位错，使其具有良好的塑性和可加工性，可通过冷、热变形进行塑性变形加工，如拉伸、压缩、锻造等。
3. 高强度和韧性：金属材料的晶界和位错可以阻碍原子滑移，增加其强度和韧性。
此外，金属材料还可以通过热处理等方法增强其强度和韧性。
4. 耐磨蚀和耐腐蚀性：金属材料在一定条件下具有一定的耐磨蚀和耐腐蚀性能，可用于制造机械零部件、化工设备等耐久性要求较高的领域。
二、合金材料的结构与性能合金材料是由两种或更多金属元素形成的固溶体或化合物。
合金材料的结构与性能由原子的尺寸、电子结构和金属间的相互作用等因素决定。
1. 固溶体型合金：固溶体型合金中，多种金属原子在晶格中均匀混合。
这种合金通常具有以下性能：a. 良好的强度和韧性：不同种类的金属原子能够阻碍位错的移动，增加合金的强度和韧性。
b. 改变金属特性：合金中不同金属原子的化学性质和晶体结构的差异，使合金的硬度、磁性、导电性等特性得到改变。
2. 化合物型合金：化合物型合金由两种或多种金属元素形成的化合物组成。
这种合金通常具有以下性能：a. 高硬度和高强度：化合物型合金的晶格中存在复杂的离子键和共价键，使其具有较高的硬度和强度。
b. 特殊的物理特性：由于化合物型合金的晶体结构具有特殊的性质，如形状记忆效应、超导等。
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构晶体结构是金属材料中最基本的组织结构。
金属材料的晶体结构是由原子通过化学键的方式排列而成的。
金属晶体结构通常为紧密堆积或者是面心立方结构。
紧密堆积的晶体结构中，原子分布紧密，没有空隙，金属的密度较高。
而面心立方结构中，每个原子周围都有最靠近的三个原子，因此，金属的面心立方结构也是最密堆积的结构之一、晶体结构的不同将导致金属的性能也有所不同。
晶粒结构是金属材料中相当重要的组织结构。
晶粒是由具有相同晶体结构的晶体单元构成的。
在金属材料加工过程中，晶粒会逐渐生长，最终形成多个晶粒相邻而不连续的结构。
晶粒的大小和形状对金属的性能非常重要。
晶粒尺寸越大，金属的强度就越低，但是其塑性和韧性会增加；而当晶粒尺寸较小时，金属的强度会提高，但是韧性和塑性会降低。
晶粒形状的不均衡也会对金属的性能产生重要影响。
晶粒中的缺陷（如晶界、孪晶等）也会影响金属的强度和韧性。
相结构是金属材料中不同组分的混合结构。
金属材料可以由一个或者多个相组成。
相是指具有相同化学成分和结构的区域。
在金属材料中，不同相之间的晶粒大小和分布状态也会影响材料的性能。
例如，在金属合金中，可以通过控制相的种类和分布来调节材料的硬度、强度、抗腐蚀性等性能。
除了上述的基本组织结构外，金属材料中还存在一些其他的组织结构，如晶体缺陷、析出物和纹理等。
晶体缺陷是指晶体中的缺陷或者杂质。
晶体缺陷的种类包括点缺陷（如空位、间隙原子等）、线缺陷（如晶界、位错等）和面缺陷（如孪晶界等）。
晶体缺陷会影响金属的力学性能和电学性能。
析出物是金属中的第二相，它们通过固溶度和固相反应形成。
析出物的尺寸和形状也会影响材料的性能。
纹理是指金属材料中晶粒的方向分布，它会对材料的机械性能、磁性能等产生影响。
综上所述，金属材料的组织结构对其性能和用途有着重要影响。
晶体结构、晶粒结构和相结构是金属材料的基本组织结构。
晶体结构决定了金属的原子排列方式，晶粒结构影响金属的强度和韧性，相结构调节金属的性能调节。
金属材料的结构、组织与性能
1. 晶体和金属的特 性
原子在空间呈 规则排列的固体物 质称为“晶体”， 如图1-1a所示。晶 体具有固定的熔点。
图1-1 晶体中原子排列示意图
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金属原子结合方式-----金属键
金属晶体中，金属原子失去最外层电子变成正离子，每一个正 离子按一定规则排列并在固定位置上作热振动，自由电子在各 正离子间自由运动，并为整个金属所共有，形成带负电的电子 云。正离子与自由电子的相互吸引，将所有的金属原子结合起 来，使金属处于稳定的晶体状态。金属原子的这种结合方式称 为“金属键”。
非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。
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2. 晶格、晶胞和晶格常数
为了便于分析晶体中原子排列规律及几何形状，将每一个 原子假设成一个几何点，忽略其尺寸和重量，再用假想线把这 些点连接起来，得到一个表示金属内部原子排列规律的抽象的 空间格子，称为“晶格”，如图1-1b所示。
晶格中各种方位的原子面称为“晶面”，构成晶格的最基 本几何单元称为“晶胞”，如图1-1c所示。晶胞的大小以其各边 尺寸a、b、c表示，称为“晶格常数”，以(A埃 )为单位。 (1埃A =1×10-8 cm)
图1-7 立方晶系的一些晶向指数
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（2）立方晶系的晶面指数 晶体中各种方位的原子面称为晶面。立方晶系的晶面指数 通常采用密勒指数法确定，即晶面指数是根据晶面与3个坐标 轴的截距来决定。晶面指数形式为(h k l)，按如下步骤确定：
1）建坐标；
2）求截距；
3）取倒数并化整，放圆括号
( )内，即得。
图1-11 晶界和亚晶界
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（2）晶格缺陷
实际金属晶体中，由于结晶条件或加工等的影响，使原子的排列规则受 到破坏，这种不规则的区域称为晶格缺陷。根据其几何特点，可分为三类。
24种常用金属材料的性能和用途
24种常用金属材料的性能和用途1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。
应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。
轴、齿轮、齿条、蜗杆等。
焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。
2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。
应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。
如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。
3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。
应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。
4、HT150——灰铸铁应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等。
5、35——各种标准件、紧固件的常用材料主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。
冷态下可局部镦粗和拉丝。
淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件。
金属材料的结构和性能分析
金属材料的结构和性能分析金属材料是人们广泛应用的一类材料，它们具有较高的强度、塑性和导电性等特点，适用于制作各种零部件、机器、设备、工具等。
然而，金属材料的性能受其结构的影响较大，不同的结构会导致材料的性能有所不同。
因此，对金属材料的结构和性能进行分析对于选择合适的材料、设计合理的零部件、预测材料的工作寿命等方面均有指导意义。
一、金属材料的结构在金属材料中，原子呈现出有序和规则的排列状态。
这种颗粒有序排列的状态被称为晶体。
晶体中的原子受力形成了一种三维周期结构，其外形规则，呈现出多面体结构。
这种结构具有各向同性（性质与方向无关）的特点。
晶体结构分为立方晶系、四方晶系、六方晶系、三斜晶系、正交晶系和单斜晶系等六类结构。
不同的晶体结构会导致材料的性质发生变化，这也为材料的选择提供一定的依据。
例如，铝、铜、银等材料属于面心立方晶系结构，具有良好的塑性和导电性，适用于制作各种常规零部件。
而碳化硅、硅等材料则采用六方晶系结构，具有良好的高温性能和耐腐蚀性能，适用于制作高温加热元件和耐腐蚀零部件。
二、金属材料的性能金属材料的性能主要包括力学性能、塑性和热性能等方面。
这些性能直接影响着材料在使用时的表现和寿命。
以下是一些常见的金属材料性能分析：1.力学性能力学性能是指材料在受到外力作用下产生的变形、强度以及疲劳寿命等方面的性能。
其中，强度是材料承受外力的能力，通常有屈服点、断裂点等指标来表示。
而变形指材料受到外力时，发生的塑性和弹性变形，这会直接影响着材料在使用时的表现。
此外，疲劳寿命则是材料在反复受到载荷作用下的寿命，该指标与零部件的使用寿命密切相关。
2.塑性塑性是指材料在受力作用下向任意方向发生塑性变形的能力。
由于金属材料的晶体结构具有各向同性的特点，其塑性也表现为各向同性。
材料的塑性不仅可以通过其晶体结构来调控，也可以通过掺杂、热处理等工艺手段来调节。
塑性是金属材料最基本的性能之一，它影响着材料的加工性、成形性以及材料的通用性。
金属材料的微观结构与性能
金属材料的微观结构与性能金属材料是一类常见的构件材料，其具有硬度高、强度大、延展性好等特性，因此得到了广泛应用。
然而，这些特性并非凭空而来，而是由金属材料的微观结构和性能相互关联而成。
本文将探讨金属材料的微观结构与性能之间的关系。
一、金属的结晶结构金属材料是由某些金属元素按照一定比例混合而成的，其晶体结构是由多个原子按照特定规律有序排列而成的。
一般情况下，金属的晶体结构可以分为面心立方体结构、体心立方体结构、六方最密堆积结构等多种类型。
在这些结构中，原子之间的键强度以及原子排列的方式决定了金属材料的硬度、强度等性能特征。
二、晶体缺陷对金属性能的影响微观结构中存在着多种晶体缺陷，如位错、晶界、空洞等，这些缺陷不仅在生产过程中产生，也会在使用过程中逐渐形成。
晶体缺陷的存在常常会影响金属材料的性能。
以位错为例，它是由于晶体中形成了一条断裂层，破坏了晶体原本的完整性，使得位于位错周围的晶体处于应变状态。
当外力作用时，在位错处就容易产生塑性变形。
因此，在晶体缺陷的存在下，金属材料的塑性和韧性能得到了提高。
三、相变与金属材料性能的变化金属材料的微观结构是可以随着温度的变化而发生相应的变化，此时金属材料也会表现出不同的性能特征。
例如在加热过程中，当温度达到一定值，原本的晶体结构会产生相变，晶体结构变得更加有序，同时也伴随着性能的改变。
举个例子，铝被加热到一定温度后，会从面心立方晶体结构相变成为体心立方晶体结构，此时铝材料的硬度和强度会有所提高。
四、微观结构的控制正如上述所示，金属材料的微观结构直接影响着其性能特征。
因此，金属材料的性能控制通常也是对其微观结构的控制。
其中最重要的手段是热处理工艺，通过热加工来改变材料的组织结构和化学成分，以期达到理想的性能目标。
在热处理过程中，对于金属材料中的晶界、位错等缺陷也可通过特定手段进行控制和改善。
总之，金属材料的微观结构与性能的关联是密不可分的。
在日常应用中，我们需注意微观结构的变化，以期最大程度地发挥金属材料的性能。
金属的结构与性能
金属的结构与性能⏹纯金属的晶体结构⏹合金的晶体结构纯金属的晶体结构晶体——原子排列长程有序有周期熔点一定材料晶体原子排列长程有序，有周期非晶体——原子排列短程有序，无周期。
性能呈各向异性，一定条件下晶体和非晶体可互相转化。
石英玻璃(非晶体)石英晶体(晶体)一、纯金属的晶体结构（一）晶体的基本概念晶格与晶胞●晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间1、晶格与晶胞用假想的线将原子中心连接起来所形成的维空间格架。
直线的交点（原子中心）称结点。
由结点形成的空间。
点的阵列称空间点阵●晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。
结点晶体晶胞晶格（空间点阵）晶格与晶胞晶格常数：立方•晶胞各边尺寸a、b、c。
六方•各棱间夹角α、β、γ。
2 晶系：四方●根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。
以上的金属具有立方晶系和六方晶系菱方●90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。
=====90︒正交●立方晶系：a b c，αβγ90●六方晶系：a1=a2=a3≠c，α=β=90︒，γ=120︒单斜三斜3原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。
4 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。
5 配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
6晶胞中原子本身6 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。
K=nv’/V=Vrn 334π⨯(二)、金属中常见的晶格类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格（bcc）（fcc）（hcp）(二)、金属中常见的晶格类型 1. 体心立方晶格(Body Centered Cubic Lattice, BCC)晶胞原子数晶格常数：a (a =b =c )1/8×8+1=2体心立方结构(b.c.c)原子半径：a 43r 致密度晶格常数：a (a =b =c )晶胞原子数6=41/8×8+1/2×64c晶格常数：a (a =b ), cc/a=1.633晶胞原子数121/2236c/a 1.6331/6×12+1/2×2+3=6a21r =：原子半径配位数：12K ’/V 07474%致密度：K=nv’/V ≈0.74=74%金属中常见晶格类型的基本参数晶格类型体心立方（bcc ）面心立方（fcc ）密排六方（hcp ）晶胞结构a ＝b ＝ca ＝b ＝c90a ＝b c/a ＝1.633α＝β＝γ＝90℃α＝β＝γ＝90℃α＝β＝90℃γ＝120℃晶胞常数晶胞内原子数原子半径致密度配位数0.680.740.7481212α‐Fe 、Mo 、W 、V 、Cr 、β‐Tiγ‐Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Au 、AgMg 、Cd 、Zn 、Be 、Ca 、α‐Ti典型金属(三)、立方晶系晶面、晶向表示方法●晶体中一系列原子组成的面称晶面●任意两原子之间的连线称为原子列，其方向称为晶向。
金属材料的组织结构与性能关系研究
金属材料的组织结构与性能关系研究引言：金属材料是工程领域中最为常用的材料之一，其广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等多个行业。
为了更好地理解金属材料的性能，研究其组织结构与性能关系显得至关重要。
本文将从晶格结构、晶界、晶粒大小、晶体缺陷和相变等方面探讨金属材料的组织结构与性能关系。
一、晶格结构与性能晶格结构是金属材料的基本组织，主要通过晶格常数和晶胞的几何形状来描述。
晶格结构对金属材料的性能有着重要影响。
以钢铁材料为例，不同的晶格结构会导致不同的机械性能。
例如，面心立方结构的钢材具有较好的韧性和可塑性，而体心立方结构的钢材则具有较高的强度和硬度。
二、晶界对性能的影响晶界是相邻晶体之间的界面，其特性对金属材料的性能有着显著影响。
晶界能量高于晶内能量，会导致金属的应力集中，因而减弱其力学性能。
此外，晶界还会引起晶体的变形和断裂，从而影响金属材料的强度和韧性。
因此，控制晶界的形成和特性对于提高金属材料的性能至关重要。
三、晶粒大小对性能的影响晶粒是由大量原子或离子紧密堆积而成的，其大小对金属材料的性能有着重要影响。
晶粒尺寸较大时，金属材料的韧性和可塑性较好，力学性能较弱。
而当晶粒尺寸较小时，金属材料的强度和硬度增加，但韧性和可塑性会降低。
因此，在不同应用需求下，通过调控晶粒大小可以实现对金属材料性能的有效控制。
四、晶体缺陷与性能晶体缺陷是指在晶体中存在的一些结构上的不完整或缺失，如位错、孔洞等。
晶体缺陷会对金属材料的性能产生显著影响。
位错是晶体中常见的晶体缺陷，可以增加金属的塑性和松弛特性。
孔洞则会导致疲劳寿命降低和裂纹扩展加剧。
因此，了解和控制晶体缺陷对于提高金属材料的性能是至关重要的。
五、相变及其对性能的影响相变是金属材料中晶体结构发生变化的过程，会导致材料性能的显著改变。
在相变过程中，晶体的晶格结构、晶粒大小、晶界及缺陷分布都会发生变化，从而影响金属材料的性能。
例如，固溶体的相变可以改变材料的硬度和强度。
金属材料的组织结构与性能分析
金属材料的组织结构与性能分析1.引言金属材料是一种常见的工程材料，广泛应用于各个领域。
金属材料的组织结构对其性能具有重要影响。
本文将从晶体结构、晶粒结构和缺陷结构三个方面来分析金属材料的组织结构与性能。
2.晶体结构对金属材料性能的影响2.1面心立方（FCC）结构FCC结构的金属材料在空间中具有紧密堆积的密排结构，因此具有良好的塑性和延展性。
典型的FCC结构材料包括铝、铜和银等。
这些金属材料的晶体结构使其具有良好的机械性能和导电性能。
2.2体心立方（BCC）结构BCC结构的金属材料的原子布局呈立方形，中心原子会被其他原子所包围。
BCC结构的金属材料具有良好的韧性和强度。
典型的BCC结构材料包括铁、钢和钨等。
这些金属材料因其晶体结构的特性，因此在高温和高应力环境下表现出优异的性能。
2.3密排六方（HCP）结构HCP结构的金属材料在三轴方向上没有相同的近邻，使其具有良好的蠕变性能。
典型的HCP结构材料包括钛、锆和镁等。
这些金属材料因其晶体结构的特点，在高温和高压环境下表现出优异的性能。
3.晶粒结构对金属材料性能的影响3.1晶粒尺寸晶粒尺寸是指晶体中一个晶粒的大小。
晶粒尺寸的减小会提高金属材料的强度和硬度，但会降低其韧性。
这是因为小尺寸的晶粒会限制晶界的运动和位错的运动。
3.2晶粒定向性晶粒定向性是指晶粒中晶体的取向关系。
晶粒定向性的提高可以增加金属材料的力学性能。
例如，陶瓷涂层中通过控制晶粒的定向性可以提高其耐磨性能。
4.缺陷结构对金属材料性能的影响金属材料中存在各种缺陷结构，不同的缺陷结构对金属材料的性能有着不同的影响。
4.1晶界晶界是相邻晶粒之间的界面。
晶界的存在会限制晶体的运动，并对金属材料的塑性和强度产生影响。
4.2位错位错是晶体中的一个原子或多个原子的错位。
位错的运动会导致金属材料的形变，从而影响其塑性和强度。
5.结论。
金属材料的微观结构与性能研究
金属材料的微观结构与性能研究一、引言金属材料是人类使用最久、用途最广泛的材料之一，其在制造制品、建筑、交通运输等各个领域都有广泛的应用。
随着科技的不断进步，人们对于金属材料的要求也日益严格，需要开发出更加高性能的金属材料。
为了满足这一需求，金属材料的微观结构与性能研究越来越受到重视。
二、金属材料的微观结构金属材料的微观结构主要包括晶体结构和晶界结构。
1. 晶体结构晶体结构是指金属原子在空间中的排列方式。
金属材料的晶体结构可以分为三类：体心立方结构、面心立方结构和密堆积结构。
其中，体心立方结构的原子序列组成一个正方体，每个角上的原子被共用。
面心立方结构的原子序列组成一个立方体，每个角上的原子被共用，每个面的中点都位于一个原子上。
密堆积结构的原子序列由密排列的最紧密层和相邻最紧密层之间的半数原子点组成。
2. 晶界结构晶界结构是指晶体之间的结构。
金属材料的晶界结构分为位错晶界、孪晶界、多晶晶界等三种。
位错晶界是两组排列不同的晶体之间的结合，孪晶界是由同质材料的组成分子结合而成的，多晶晶界是由大量的晶体结构相同的晶粒组成的。
三、金属材料的性能金属材料的性能是指它在实际工作中所表现出的一系列力学和物理特性。
1. 力学性能力学性能是指金属材料在通常的应力和应变下的表现。
力学性能包括强度、塑性、韧性、硬度等。
强度是指材料在受力作用下抵抗变形的能力，强度高的材料会更加抗拉和抗压。
塑性是指材料在受力作用下发生形变的能力，塑性高的材料可以更好地承受冷加工和热加工。
韧性是指材料在受力作用下破坏前所能吸收的能量，韧性高的材料可以更好地承受冲击和振动。
硬度是指材料受力后所呈现的抵抗表面划痕能力。
2. 物理性能物理性能是指材料在物理方面的表现。
物理性能包括密度、导电性、热传导性、磁性、光学性等。
密度是指材料单位体积内的质量，是金属材料重要的物理性能指标。
导电性是指材料导电的能力，导电性好的材料可以用于电路和电子器件等。
热传导性是指材料传导热的能力。
金属材料的组织结构与性能分析
金属材料的组织结构与性能分析一、前言金属材料作为工业生产中使用最广泛的材料之一，一方面得益于其高强度、良好的导电导热性质和较好的可加工性，另一方面也得益于其独特的组织结构，这种组织结构直接影响着金属材料的性能。
如何正确地识别金属材料的组织结构，分析其性能特点，是金属材料学中的基础和重要环节。
本文将从金属材料的组织结构入手，详细分析金属材料的性能特点。
希望对广大读者和从业者能够有所启发和帮助。
二、金属材料的组织结构金属材料的组织结构一般包括晶体、晶界、杂质和缺陷等结构成分。
1. 晶体晶体是金属材料的基本组成部分，其性质与银、铜等常见金属的单晶基本一致。
晶体形成的方式有单晶、多晶、丝状晶等。
单晶是一种完整的晶体，其内部没有任何晶界，其物理性质较其他晶体更为一致。
多晶体是由多个晶体组成，这些晶体之间由晶界相接，晶界的存在会严重影响多晶体的性能。
丝状晶是由细长晶体排列而成的，常出现在某些形变加工较多的金属中。
2. 晶界晶界是晶体与晶体之间的交界面，是有晶体长大和变形的必然结果。
晶界的存在会对金属材料的力学性能、电学性能、热学性能等产生很大的影响。
晶界越多，金属材料的强度就越低，其导热性、电导率也会相应降低。
3. 杂质杂质指的是当晶体中组成元素之外的其他元素，主要有溶解杂质、夹杂和析出相等。
其中溶解杂质是指在晶体中以原子溶解的形式存在的元素，常常对晶体的性质有很大的影响，同时还常常导致固溶体的物理性质发生变化。
4. 缺陷缺陷通常指的是晶体内部或表面的结构缺陷，如空位缺陷、间隙缺陷、位错、分界面。
这些缺陷的存在会明显降低金属材料的性能，如降低其强度和塑性等。
三、金属材料的性能特点金属材料的性能特点与其组织结构密切相关。
以下将从一些特定的性能指标出发，分析金属材料的性能特点。
1. 强度金属材料的强度主要与其组织结构、晶体结构、晶界数量、杂质含量和缺陷等因素有关。
晶界越多，强度就越低，晶界处还容易形成多种缺陷。
金属材料的结构与性能
第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的才能。
材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。
常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的才能。
塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，消费中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。
此时硬度可定义为材料抵抗外表局部塑性变形的才能。
因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。
此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有亲密联络。
三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。
疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的才能。
四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的才能被称为冲击韧性。
为评定材料的性能，需在规定条件下进展一次冲击试验。
其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的才能称为断裂韧性。
它是材料本身的特性。
六、磨损由于相对摩擦，摩擦外表逐渐有微小颗粒别离出来形成磨屑，使接触外表不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。
引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大根本类型。
第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。
不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不一样。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀才能。
第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
第一章材料的结构和性能 § 1 金属材料的结构和组织
相：合金中具有相同的化学成分、相同的结构、能够与其他部分区
分的部分。 1、固溶体
间隙固溶体 置换固溶体
有限置换固溶体 无限置换固溶体
固溶强化：通过溶入溶质原 子使溶剂原子的晶格发生畸 变，从而使金属材料的强度、 硬度升高的现象。
2、金属化合物
两个组元相互作用形成的新的相。
金属化合物的晶格与其组元的晶格完全不同，因此其性能也 不同与组元。
第一章 金属材料的主要性能 第二章 金属及合金的晶体结构 第三章 铁碳合金 第四章 金属的塑性变形和再结晶 第五章 钢的热处理 第六章 合金钢
第一章 材料的性能
§ 1 材料的力学性能
拉伸试验机
一、刚度 材料抵抗弹性变形的能力。
EPF
Pl 0
l l Fl
0
E;F l
4. 电磁搅拌
五、铸锭的结构
1、铸锭结构 细等轴晶区；柱状晶区；粗等轴晶区；
2、铸锭的缺陷
缩孔；缩松；气孔；
习题与思考题
1、什么是过冷度？为什么金属结晶时一定要有过冷度？ 2、过冷度与冷却速度有什么关系？它对金属结晶后的晶粒大小有什 么影响？ 3、液体金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么？ 4、晶粒大小对金属机械性能的影响是什么？简述晶粒细化的途径。 比较下列情况晶粒的粗细：
§2 材料的物理和化学性能
一、物理性能
比重、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性等。
二、化学性能
耐腐蚀性、抗氧化性等。
比强度 : 材料的强度值与密度值之比。
名称 密度
强度
比强度
(g / cm3) ( Mpa )
纯铝 2.7 纯铁 7.87 纯钛 4.5
80～100 180～280 405～500
材料结构与性能的关系
材料结构与性能的关系材料结构与性能的关系一直是材料科学研究的重要内容之一。
材料的结构特征直接影响着其性能表现，而材料的性能表现又反映了其结构特征。
因此，深入理解材料结构与性能之间的关系，对于材料设计、制备和性能优化具有重要的指导意义。
首先，材料的结构对其性能有着直接的影响。
以金属材料为例，其结晶度、晶粒尺寸、晶界分布等结构特征直接影响着金属的力学性能。
晶粒尺寸越小，晶界面积增大，材料的强度和韧性通常会提高。
而对于聚合物材料来说，分子链的排列方式、分子量分布等结构特征则直接影响着聚合物的力学性能、热学性能和耐化学性能。
因此，通过调控材料的结构特征，可以有效地改善材料的性能表现。
其次，材料的性能反映了其结构特征。
例如，金属材料的拉伸强度、屈服强度、延伸率等力学性能参数，可以直接反映出其晶粒尺寸、晶界分布等结构特征。
而聚合物材料的玻璃化转变温度、熔融温度、热膨胀系数等热学性能参数，则可以反映出其分子链排列方式、分子量分布等结构特征。
因此，通过对材料性能的表征，可以间接地推断出材料的结构特征，为材料的结构设计和优化提供重要依据。
此外，材料的结构与性能之间还存在着复杂的相互作用关系。
材料的结构特征不仅影响着其力学性能、热学性能等基本性能参数，还会影响着其电学性能、光学性能等特殊性能参数。
例如，半导体材料的能隙大小与其晶格结构、缺陷态分布等密切相关，而光学材料的透射率、折射率等光学性能参数也与其晶体结构、晶界分布等密切相关。
因此，通过对材料结构与性能的深入研究，可以为材料的多功能性能设计和优化提供重要指导。
综上所述，材料结构与性能之间存在着密切的关系，深入理解和把握这种关系对于材料科学研究和工程应用具有重要意义。
通过对材料结构与性能的深入研究，可以为材料的设计、制备和性能优化提供重要的理论指导和技术支持，推动材料科学领域的发展与进步。
金属材料的结构性能与应用
金属材料的结构性能与应用金属材料是人类生产和生活中最常用的材料之一，其性能和应用广泛。
金属材料一般具有高强度、高韧性、耐磨损、导电性能好等特点，同时也存在着许多问题，比如强度的不均匀性、可塑性差、容易腐蚀等。
这里介绍几种常见的金属材料的结构性能和应用。
一、钢材钢材是一种非常广泛使用的金属材料，其主要成分为铁和碳，还包含其他元素。
钢可以通过控制其组成和热处理来调整其性能。
一般来说，含碳量越高的钢，强度越大。
钢的应用非常广泛，例如建筑、船舶、汽车、机械、电力、军工等领域，其应用范围还在不断扩大。
二、铝合金铝合金是以铝为基础，添加其他金属元素（主要是铜、镁、锌等），经过加工而制成的一种特殊的合金。
铝合金重量轻、密度小、强度高、导电性良好、耐腐蚀性强，同时具有良好的可塑性和可加工性。
铝合金广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
三、镍合金镍合金是以镍为主要成分，加入不同数量和种类的其他金属元素而组成的一类特殊的合金，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、高温强度、疲劳强度和可塑性等特点。
镍合金被广泛应用于航空航天、船舶、核电站、化工等领域。
四、钛合金钛合金是以钛为主要成分，加入其他金属元素而组成的一种合金材料。
钛具有强度高、密度小、耐高温、良好的耐腐蚀性等优点，钛合金可以通过改变其组成和热处理来调整其性能。
钛合金被广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车等领域。
总之，金属材料是我们生产和生活中必不可少的材料之一，其性能和应用广泛而多样。
我们需要根据具体的使用要求来选择合适的金属材料，同时也需要对其结构性能有一定的了解，以便更好地应用和开发。
金属材料的微观结构和性能研究
金属材料的微观结构和性能研究金属作为一种重要的材料，在我们的日常生活中扮演着重要的角色，从铁轨到汽车，从建筑到船只，各种不同类型的金属构成了我们周围的世界。
然而，金属在其微观结构和性能之间的关系仍然是一个非常有趣和复杂的问题。
在本文中，我们将探讨金属材料的微观结构和性能之间的关系，并介绍当前一些研究领域的前沿。
一、金属的微观结构金属的微观结构由其原子和相互作用所确定。
金属中的原子通常形成一个等距的晶体结构，如立方、六方和斜方等。
每个原子都具有出色的结晶性和符合结构，从而形成了三维的晶体结构。
这种晶体结构的稳定性是由晶格缺陷所控制的，晶格缺陷包括位错、孪晶和晶格点缺陷等等。
位错是晶体中原子位置的偏移，位错可以计算其松弛能和线弹性。
在位错的两侧，晶体具有不同的材料性能，例如滑移、形变等。
孪晶是晶体在同一晶格中由两个对称方向的晶格挤压所形成的结构，它可以产生一些有趣和复杂的材料性质。
晶格点缺陷是晶体中原子位置的变化，这种缺陷包括空位、阳极和阴极等。
二、金属的性能金属材料的性能往往是与其微观结构密切相关的。
在金属的微观结构中，位错和孪晶分布的特征将对其力学特性产生深远的影响。
例如，位错和孪晶的分布可以影响材料的延展性、韧性和强度等方面的性能。
位错和孪晶还会对材料的疲劳寿命和涂层附着力产生不同的影响。
此外，晶格点缺陷对金属电学和热学性能也有所影响。
在晶格点缺陷中，阳极和阴极的相对数量将决定材料的电导率和热导率。
根据材料的电性和热性，金属材料可被广泛应用于电子、汽车和航空领域。
三、金属微观结构和性能的研究研究金属材料的微观结构和性能旨在发现与金属材料有关的物理、化学和力学特性。
许多研究领域都密切关注了金属微观结构和性能的研究。
例如，材料科学、表面科学、高压物理学和纳米科学等领域都在研究金属材料的微观结构和性能。
在现代的金属研究中，先进的技术和测试手段得到了广泛的运用。
例如，扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等成为研究金属微观结构和性能的基本工具。
金属材料的晶体结构与性能
金属材料的晶体结构与性能在我们日常生活中，金属材料无处不在。
无论是建筑、交通工具还是电子设备，金属材料都发挥着重要的作用。
然而，有多少人真正了解金属材料的晶体结构与性能呢？本文将介绍金属材料的晶体结构与性能的关系，并探讨其中的奥秘。
一、晶体结构的基本概念1.1 简单立方晶体结构简单立方晶体结构是最简单的晶体结构之一，它的原子排列形式如同一个立方体。
这种结构具有简单、规则的特点，常见于一些低熔点金属材料。
1.2 面心立方晶体结构面心立方晶体结构是一种更为复杂的结构，其中每个面心立方晶体结构中的每一个原子周围都有12个邻位原子，它的密堆效应更好，因此强度更高。
1.3 体心立方晶体结构体心立方晶体结构在简单立方晶体结构的基础上，每个晶胞的中心还存在一个原子。
这种结构具有更好的导电性和热导性，因此广泛应用于电子器件和导热材料。
二、晶体结构与金属材料性能的关系2.1 强度与晶体结构金属材料的强度与其晶体结构之间有着密切的关系。
通过控制晶体结构的排列方式和原子间的相互作用，可以调节金属材料的强度。
例如，面心立方晶体结构由于具有更好的密堆效应，因此其强度往往比其他结构更高。
2.2 导电性与晶体结构金属材料具有良好的导电性，这与其晶体结构也有很大的关系。
体心立方晶体结构由于具有更好的导电性，因此常用于电子器件中。
通过调节晶体结构的排列和原子间的相互作用，可以进一步提高金属材料的导电性能。
2.3 热导性与晶体结构金属材料的热导性能也与其晶体结构紧密相关。
晶体结构的排列方式和原子间的相互作用会影响金属材料对热能的传导效率。
体心立方晶体结构具有较好的热导性能，因此常用于导热材料中。
三、晶体结构与金属材料的改性通过改变金属材料的晶体结构，可以调节其性能，从而满足不同的应用需求。
例如，通过热处理、冷加工等方式可以改变金属材料的晶体结构，使其具有更高的强度和硬度。
同时，还可以通过掺杂、合金化等手段改变晶体结构，提高金属材料的导电性、热导性等特性。
金属材料组织和性能之间的关系
金属材料组织和性能之间的关系
金属材料的组织对其性能具有重要影响，不同的组织结构会导致不同的性能表现。
主要通过以下四个方面与金属材料的性能产生影响：晶体结构、晶界、晶粒尺寸和相组成。
晶体结构是金属材料组织的基础，它决定了金属材料的原子排列方式和原子之间的结合力。
晶体结构的不同决定了金属材料的硬度、强度和塑性等性能。
对于相同的金属，如果晶格结构是面心立方结构(FCC)，则具有较高的塑性；如果晶格结构是体心立方结构(BCC)，则具有较高的强度；如果晶格结构是密堆垛胞体心结构(HCP)，则具有较高的硬度。
晶界是晶体之间的界面，也是金属材料组织中的一个重要因素。
晶界的存在会影响金属材料的强度和塑性。
晶界是位错螺旋的集中体现，它们会阻碍位错以及形变的传播，从而增加材料的强度。
晶界也会成为材料的位错滞留和集聚的位置，导致塑性减少。
适当的晶界控制和工艺处理可以提高金属材料的性能。
晶粒尺寸是指金属材料中晶粒的大小。
晶粒尺寸的不同会影响金属材料的力学性能和耐腐蚀性能。
通常情况下，晶粒尺寸越小，强度越高，耐腐蚀性能越好。
这是因为较小的晶粒尺寸使得金属材料中的晶界数量增加，晶界可以有效地阻碍位错和裂纹的传播，从而提高材料的强度和韧性。
金属材料的相组成对其性能也有重要影响。
不同化学成分的金属材料具有不同的性能表现。
通过合金添加合适的元素，可以改善金属材料的强度、硬度、热稳定性和耐腐蚀性能。
而相的数量和分布也会影响到材料的力学性能和耐腐蚀性能。
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第一章材料的性能
第一节材料的机械性能
一、强度、塑性及其测定
1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。
常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定
硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。
此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。
此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。
三、疲劳
机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。
疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。
四、冲击韧性及其测定
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。
为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。
其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性
材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。
它是材料本身的特性。
六、磨损
由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。
引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能
1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。
不同用
途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能
力。
第三节材料的工艺性能
一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
二、可锻性能：可锻性是指材料在受外力锻打变形而不破坏自身完整性的能力。
三、焊接性能：焊接性能是指材料是否适宜通常的焊接方法与工艺的性能。
四、切削加工性能：切削加工性能是指材料是否易于切削。
五、热处理性能：人处理是改变材料性能的主要手段。
热处理性能是指材料热处理的难易
程度和产生热处理缺陷的倾向。
第二章材料的结构
第一节材料的结合键
各种工程材料是由不同的元素组成。
由于物质是由原子、分子或离子结合而成，其结合键的性质和状态存在的区别。
一：化学键
1：共价键
2：离子键
3：金属键
4：范德。
瓦尔键
二：工程材料的键性
化学键：组成物质整体的质点(原子、分子、离子)间的相互作用力，成为化学键。
1：共价键：有些同类原子，例如周期表Ⅳa、Ⅴa、Ⅵa族中大多元素或电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合，形成共价键，如金刚石、单质硅、SiC等属于共价键。
2：离子键：大部分盐类、碱类和金属氧化物在固态下是不导电的，熔融时可以导电。
这类化合物为离子化合物。
当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤素元素的原子)相互靠
近是，其中电负姓小的原子失去电子，成为正离子，电负姓大的原子获得电子成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成离子键。
离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系数小，但脆性大，是良好的绝缘体，是无色透明的。
3：金属键：当金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子成为自由电子，为整个金属所共有，它们在整个金属内部运动形成电子气。
这种由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合称为金属键。
用金属键可以粗略地解释金属的一般特性：1。
良好的导电性和导热性2。
正的电阻温度系数3。
良好的延展性4。
金属不透明并呈现特有的金属光泽。
4：范得.瓦尔键：许多物质其分子具有永久性。
分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为范德。
瓦尔键也叫分子键。
分子晶体因其结合键能很低，所以其熔点很低。
金属与合金这种键不多，而聚合物通常链内是共价键，而链与链之间是范得瓦尔键。
二：工程材料的键性
在实际的工程材料中，原子(或离子、分子)间相互作用的性质，只有少数是上术四种键型的极端情况，大多数是这四种键型的过渡。
如果以四种键为顶点，作个四面体，就可把工程材料的结合键范围示意在四面体上。
第二节材料的晶体结构
一：晶体与非晶体
1：晶体
2：非晶体
二：金属晶格的基本类型（重点掌握）
1：体心立方晶格
2：面心立方晶格
3：密排立方晶格
三：晶格的致密度及晶面与晶向指数
1：晶格的致密度
2：晶面及晶向指数
四：晶体的各向异性。