机械工程材料-第二章-金属的晶体结构与结晶
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机械工程材料与热加工工艺1第二章
结论
fcc 4 12 74% 0.41r γ-Fe.AI.Cu. 最紧排列
bcc 2 8 68% 0.29r α-Fe.Cr.W. 次紧排列
hcp 6 12
74% 0.41r Mg.Zn.Be 最紧排列
三、金属的实际晶体结构与晶体缺陷
1. 单晶体 多晶体
单晶体具有各向异性
晶体的各向异性： 晶体不同方向上的性能差异
工业用金属一般是多晶体---- 多个单晶体（晶粒） 组成 呈现出各向同性
几个名词：晶界
亚晶粒:晶粒内部不同晶格位向的区域.
亚晶界
2、实际金属的晶体缺陷
金属中原子排列的不完整性 (1)点缺陷—空位,间隙原子（离位原子）.
置换 原子 特点：三维尺寸都很小 (2)线缺陷—位错（位错线） 特点：二维尺寸都很小，另一维尺寸相对较长 以位错密度表示 “ρ” 单位 cm/cm3或cm2 (3)面缺陷—晶界,亚晶界 “亚晶”（界） 特点：一维尺寸很小，另二维尺寸相对较大 晶体缺陷并非一成不变
┗溶质原子溶入溶剂中形成的固溶体,使金
属的强度.硬度升高的现象称为固溶强化。
一种强化方式，提高材料机性的主要途径 之一
固溶体σb↑. HB↑,但仍不高,仍保持相当δ.ak,工 业常用作基本相,还需强化相---金属化合物。
2.金属化合物
合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它 的晶体结构.性能.熔点与两组元都不同，并具有金 属特征，这种相称为金属化合物 。
二元合金相图的基本类型
各组元仍保持原来的晶格类型；强度.硬度高于单 一固溶体，但塑性、可锻性不如单一固溶体。 ∴ 锻钢先加热→单一固溶体（A），再锻打。
组织----显微镜下看到的具有一定形貌或形态的部 分称为组织。有单相.多相
fcc 4 12 74% 0.41r γ-Fe.AI.Cu. 最紧排列
bcc 2 8 68% 0.29r α-Fe.Cr.W. 次紧排列
hcp 6 12
74% 0.41r Mg.Zn.Be 最紧排列
三、金属的实际晶体结构与晶体缺陷
1. 单晶体 多晶体
单晶体具有各向异性
晶体的各向异性： 晶体不同方向上的性能差异
工业用金属一般是多晶体---- 多个单晶体（晶粒） 组成 呈现出各向同性
几个名词：晶界
亚晶粒:晶粒内部不同晶格位向的区域.
亚晶界
2、实际金属的晶体缺陷
金属中原子排列的不完整性 (1)点缺陷—空位,间隙原子（离位原子）.
置换 原子 特点：三维尺寸都很小 (2)线缺陷—位错（位错线） 特点：二维尺寸都很小，另一维尺寸相对较长 以位错密度表示 “ρ” 单位 cm/cm3或cm2 (3)面缺陷—晶界,亚晶界 “亚晶”（界） 特点：一维尺寸很小，另二维尺寸相对较大 晶体缺陷并非一成不变
┗溶质原子溶入溶剂中形成的固溶体,使金
属的强度.硬度升高的现象称为固溶强化。
一种强化方式，提高材料机性的主要途径 之一
固溶体σb↑. HB↑,但仍不高,仍保持相当δ.ak,工 业常用作基本相,还需强化相---金属化合物。
2.金属化合物
合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它 的晶体结构.性能.熔点与两组元都不同，并具有金 属特征，这种相称为金属化合物 。
二元合金相图的基本类型
各组元仍保持原来的晶格类型；强度.硬度高于单 一固溶体，但塑性、可锻性不如单一固溶体。 ∴ 锻钢先加热→单一固溶体（A），再锻打。
组织----显微镜下看到的具有一定形貌或形态的部 分称为组织。有单相.多相
机械工程材料习题及参考解答
♦ 变质处理
机械工程材料 第三章 金属的结晶
♦ （二） 填空题
– 1． 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个 过程是 形核和 长大 。 – 2． 在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称 为 结 晶 ；而把金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 称为 同素异构转变 。 – 3． 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 促进形核，细化晶粒 。 – 4． 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差降低（△F） ， 阻力是 自由能增加 。 – 5． 能起非自发生核作用的杂质，必须符合 结构相似，尺寸相当 的原则。 – 6． 过冷度是指 理论结晶温度与实际结晶温度之差 ，其表示符 号为 △T 。 – 7． 过冷是结晶的 必要 条件。 – 8． 细化晶粒可以通过 增加过冷度 和 加变质剂 两种途径实现。 – 9． 典型铸锭结构的三个晶区分别为： 细晶区、柱状晶区和等轴晶区。
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
机械工程材料 第二章 金属的结构
♦ （二） 填空题
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 1． 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性， 良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 – 2． 晶体与非金属最根本的区别是 晶体内部的原子（或离子） 是按一定几何形状规则排列的，而非晶体则不是 。 – 3． 金属晶体中最主要的面缺陷是 晶界 和 亚晶界 。 – 4． 错位分两种，它们是刃型位错 和 螺旋位错，多余半原子面 是 刃型 位错所特有的。 0 1 2 – 5． 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括 ( 20)、(1 0)、(12 )、 等 (1 2 0)、(1 2 0)、(1 2 0 )、(1 20 )、(120) – 6． 点缺陷 有 空位和 间隙原子 两种；面缺陷中存在大量 的 位错 。 4 2 – 7． γ-Fe、α-Fe的一个晶胞内的原子数分别为 和 。 – 8． 当原子在金属晶体中扩散时，它们在内、外表面上的扩散 速度较在体内的扩散速度 快得多。
工程材料02(金属与合金的晶体结构)
金属材料的性能特点一般地，金属材料与非金属材料相比，金属材料具有良好的力学性能，而且工艺性能也较好。
即使都是金属材料，不同成分和不同状态下的性能也会有很大的差异。
造成这些性能差异的主要原因是材料内部结构不同，因此掌握金属与合金的内部结构特点，对于合理选材具有重要意义。
金属材料是靠原子间金属键结合起来的。
金属键——金属材料内部，呈一定规律排列的正离子与公有化的自由电子靠库仑力结合起来，这种结合力即为金属键。
（正离子+公有电子云、无方向性、非饱和性）金属材料的性能特点：1、良好的导电、导热性。
2、正的电阻温度系数3、良好的塑性4、不透明、有金属光泽第一节晶体的基本知识金属材料一般都是晶体，具有晶体的特性。
一、晶体——内部原子呈规则排列的物质。
晶体材料（单晶体）的特性：①具有固定的熔点。
②具有规则的几何外形。
③具有“各向异性”。
二、晶格、晶胞和晶格常数1、晶格——描述晶体中原子排列规律的空间点阵。
将原子的振动中心抽象为一几何点，再用直线的连接表示原子之间的相互作用。
2、晶胞——由于晶格排列具有周期性，研究晶格时，取出能代表晶格特征的最小基本单元即称为晶胞。
3、晶格常数——用来描述晶胞大小与形状的几何参数。
三条棱长：a、b、c三条棱的夹角：α、β、γ对于简单立方晶胞：棱长a=b=c 夹角α= β= γ= 90°第二节纯金属的晶体结构一、典型的晶格类型各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，往往呈现出不同的物理、化学及力学性能。
除少数金属具有复杂晶格外，大多数晶体结构比较简单，典型的晶格结构主要有以下三种：1、体心立方晶格（bcc）2、面心立方晶格（fcc）3、密排六方晶格（hcp）1、体心立方晶格（bcc ）晶格常数： a = b = c ；α=β=γ= 90°密排方向（原子排列最紧密的方向）：立方体的对角线方向原子半径：属于bcc 晶格的金属主要有：α-Fe 、Cr 、W 、Mo 、V 等ar 432、面心立方晶格（fcc ）晶格常数： a = b = c ；α=β=γ= 90°密排方向：立方体表面的对角线方向原子半径：属于fcc 晶格的金属主要有：γ-Fe 、Cu 、Al 、Au 、Ag 等。
金属的晶体结构
面心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：
③原子半径
面心立方晶格示意图
具有面心立方晶格 的金属有铝、铜、镍、 金、银、γ-铁等。
④致密度：0.74(74%)
第一节 金属的晶体结构
(2)密排六方晶格(胞)
金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。 面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。
体心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：一个体心立方晶胞所 含的原子数为2个。
体心立方晶格示意图 具有体心立方晶格
的金属有钼、钨、钒、 α-铁等。
第一节 金属的晶体结构
(1)体心立方晶格(胞)
体心立方晶胞特征： ③原子半径：晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半,或晶胞中原子 密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子半径(r原子)。
1.增大金属的过冷度 原理：一定体积的液态金属中,若成核速率N越大,则结晶后的晶粒
越多,晶粒就越细小;晶体长大速度G越快,则晶粒越粗。 随着过冷度的增加,形核速率和长大速度均会增大。但当过冷度超
过一定值后，成核速率和长大速度都会下降。对于液体金属，一般不会 得到如此大的过冷度，通常处于曲线的左边上升部分。所以,随着过冷 度的增大，成核速率和长大速度都增大，但前者的增大更快，因而比值 N/G也增大,结果使晶粒细化。
二、纯金属的晶体结构
晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。 这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。
晶体
晶格
第一节 金属的晶体结构
二、纯金属的晶体结构
课题二 认识并应用金属材料的晶体结构与结晶
（2）晶粒的大小控制因素
1）增加过冷度 在铸造生产中采用冷却能力强的金属型代替砂型、降低金属型 的预热温度等，均可提高铸件的冷却速度，增大过冷度。在浇 注时采用高温出炉、低温浇注的方法也能获得细的晶粒。
2）变质处理 向液态金属中加人某些变质剂（又称孕育剂），以细化晶粒和 改善组织，达到提高材料性能为目的。 变质剂的作用：变质剂本身或它们生成的化合物，符合非自发 晶核的形成条件，大大增加晶核的数目，该类变质剂称为孕育 剂，相应处理也称为孕育处理，如在钢水中加钛、钒、铝，在 铝合金液体中加钛、锆等都可细化晶粒，在铁水中加人硅铁、 硅钙合金，能细化石墨；另一种变质剂虽不能提高人工晶核， 却能改变晶核生长条件，阻碍晶核长大或改善组织。
铁（-Fe）,钨(W) ,铬（Cr）,钼（Mo）,钒（V)等
密排六方结构（A3）:由两个简单六方晶胞穿插而成,晶胞 为六方柱体，柱体的12个顶角和上、下面中心上各排列一 个原子，在上、下面之间还有三个原子。
钛（Ti）、锆（Zr、镁（Mg)、锌（Zn）等
晶体结构与材料性能
（一般规律）面心立方的金属塑性最好，体心立方次之， 密排六方的金属较差。
2）晶核长大
在过冷态金属中，一旦晶核形成就立即开始长大。过冷度稍大， 特别是有杂质时，晶核只在生长的初期具有规则外形，随即晶 体优先沿一定方向长出类似树枝状的空间骨架。
形成晶核 (a)
(b)
(c)
(d)
晶核长大
(e)
(f)
全部 结晶
纯金属结晶过程示意图
3. 掌握金属晶粒大小对力学性能的影响
（1） 晶粒的大小 金属的结晶过程是晶核不 断形成和长大的过程，晶 粒的大小是形核率N（单 位时间、单位体积所形成 晶核数目）和长大速度G （单位时间内晶核长大的 线速度）的函数，影响形 核率和长大速度的重要因 素是冷却速度（或过冷度） 和难熔杂质。
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
均匀长大
树枝状长大
2-2
晶粒度
实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。 晶粒细小金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。
标准晶粒度共分八级， 一级最粗，八级最细。 通过100倍显微镜下的 晶粒大小与标准图对 照来评级。
2-2
• 影响晶粒度的因素
• （1）结晶过程中的形核速度N（形核率） • （2）长大速度G（长大率）
面心立方晶 格
912 °C α - Fe
体心立方晶 格
1600
温 度
1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700 600 500
1534℃ 1394℃
体心立方晶格
δ - Fe
γ - Fe
γ - Fe
912℃
纯铁的冷却曲线
α – Fe
体心立方晶 格
时间
由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过 不同的热处理工艺来改变钢铁的组织和性能。
2-3
• 铁碳合金—碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 Fe、C为组元，称为黑色金属。 Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、 S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。
2-3
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC。 • 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 • 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型：
机械工程材料知识点汇总
1大学课程《机械工程材料》知识点汇总第一章金属的晶体结构与结晶一、解释下列名词过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核 的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提局了形核率，细化晶粒，这 种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
二、常见的金属晶体结构有哪几种？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；五、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金 属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。
因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。
同时晶 体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。
六、过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。
②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速 度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这 时原子的扩散能力减弱。
③过冷度增大，AF 大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都 大，且N 的增加比G 增加得快，提高了 N 与G 的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对 晶粒细化不利，结晶发生困难。
7、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？答：①金属结晶的基本规律是形核和核长大。
②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶 核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及 振动和搅拌的方法也会增大形核率。
金属晶体结构及结晶
★ 亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(1 ~2)的小 晶块（或称“亚结构”）。亚晶粒之间的交界面称亚晶界 。亚晶界的原子排列也不规则，也产生晶格畸变。
亚晶界示意图
Cu-Ni 合金中的亚结构
金属的晶体结构
①使实际金属的强度远远小于理想金属 ②晶界处位错密度高，使其局部强度 强度 硬度 塑性 韧性 硬度
金属的晶体结构
（二）晶体学基础
把晶体中每个原子抽象成一个点，用直线连接，构成的空
间格架称为晶格。
组成晶格的最小几何组成单元是晶胞。a、b、c是晶格常 数，单位是10-10m(Å)； 晶胞各边夹角以a、b及g表示。
Z
b g X ba a源自c Y原子排列模型晶
格
晶
胞
简单立方晶体
金属的晶体结构
（二）晶体学基础
物质由原子组成。原子的结 合方式和排列方式决定了物 质的性能。 原子、离子、分子之间的结 合力称为结合键。它们的具 体组合状态称为结构。 自然界中的固态物质按其原 子（或分子、离子）的聚集 状态可分为晶体和非晶体两 大类。
C60
金属的晶体结构
晶体：原子（原子团或离子）在三维空间按一定规则 周期性重复排列的固体。如固态金属、钻石、冰等。 晶体具有各向异性。 非晶体：原子（原子团或离子）在三维空间中无规则 排列的物质，也称为玻璃态。如松香、玻璃、塑料等。
[111]方向上，弹性模量E=290000Mpa ；[001]方向上，弹性模量E=135000Mpa
金属的晶体结构
（五）单晶体的各向异性 单晶体具有各向异性的特征。但工业上 实际应用的金属材料，因为属于多晶体，一
般不具有各向异性的特征。如工业纯铁在任
何方向上其弹性模量E均为2.1×105MPa。
亚晶界示意图
Cu-Ni 合金中的亚结构
金属的晶体结构
①使实际金属的强度远远小于理想金属 ②晶界处位错密度高，使其局部强度 强度 硬度 塑性 韧性 硬度
金属的晶体结构
（二）晶体学基础
把晶体中每个原子抽象成一个点，用直线连接，构成的空
间格架称为晶格。
组成晶格的最小几何组成单元是晶胞。a、b、c是晶格常 数，单位是10-10m(Å)； 晶胞各边夹角以a、b及g表示。
Z
b g X ba a源自c Y原子排列模型晶
格
晶
胞
简单立方晶体
金属的晶体结构
（二）晶体学基础
物质由原子组成。原子的结 合方式和排列方式决定了物 质的性能。 原子、离子、分子之间的结 合力称为结合键。它们的具 体组合状态称为结构。 自然界中的固态物质按其原 子（或分子、离子）的聚集 状态可分为晶体和非晶体两 大类。
C60
金属的晶体结构
晶体：原子（原子团或离子）在三维空间按一定规则 周期性重复排列的固体。如固态金属、钻石、冰等。 晶体具有各向异性。 非晶体：原子（原子团或离子）在三维空间中无规则 排列的物质，也称为玻璃态。如松香、玻璃、塑料等。
[111]方向上，弹性模量E=290000Mpa ；[001]方向上，弹性模量E=135000Mpa
金属的晶体结构
（五）单晶体的各向异性 单晶体具有各向异性的特征。但工业上 实际应用的金属材料，因为属于多晶体，一
般不具有各向异性的特征。如工业纯铁在任
何方向上其弹性模量E均为2.1×105MPa。
机械工程材料-2章 晶体结构、结晶
晶胞原子数与原子半径
致密度与配位数
2.1.4 晶向指数与晶面指数
1 晶向指数
我们把任何两个或多个原子所在直线所指 的方向，称为晶向。 〖例1〗计算图（a）中的AB的晶向指数。 解：①选晶胞的三条棱边建立X、Y、Z坐标 轴，以晶格常数a b c 为坐标轴的度量单位。从坐 标轴的原点O引一条有向直线OC，平行于待定晶 向AB； ②在所引的有向直线上任取一点C（为方便 起见，通常取距原点最近的阵点），求出该点C 在三坐标轴的坐标值,C(1/2,1/2, 1)。 ③将三个坐标值按比例化简为最小简单整数， 并加上方括号，表示为［u v w］=[1 1 2]，即为 所求的晶向指数。整数之间不用标点分开。如果 u、v、w中有某一数为负，则将负号用上划线的 形式标注于该数之上。 AB的晶向指数为[1 1 2]。
例如：石墨是靠分子键结合， 硬度很低。塑料也是靠分子键结 合，强度较低。
由于范德瓦尔斯引力很弱， 所以分子晶体的结合力很小，熔 点很低，硬度也很低。
5 结合力与结合能
当大量原子结合成固体时，为 使晶体具有最低的能量，以保持其 稳定状态，原子之间也必须保持一 定的平衡距离，这就是固态金属中 的原子趋于规则排列的原因。 当原子间以离子键或共价键结 合时，原子达不到紧密排列状态， 这是由于这些结合方式对周围的原 子数有一定的限制之故。
体心立方
面心立方
密排六方
2.1.6 实际金属的晶体结构
若整个晶体完全是晶胞规则重 复排列的，这种晶体为理想晶体。 实际晶体中，由于各因素的影 响，总会存在一些不完整、原子排 列偏离理想状态的区域，这些区域 称为晶体缺陷。 按缺陷在空间的几何形状和尺 寸不同，缺陷分为：
点缺陷
晶体缺陷
线缺陷
机械工程材料习题及参考解答
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 3． 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学 性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提 高金属材料使用性能的措施。 –解：由于过冷度越大，晶粒越细，因而能增加过冷度的 措施均有利于细化晶粒，主要是增加冷却速度。
机械工程材料 第三章 金属的结晶
机械工程材料 第二章 金属的结构
（四） 选择正确答案
– 1． 正的电阻温度系数的含义是： a．随温度升高导电性增大；b．随温度降低电阻降低；c．随 √ 温度增高电阻减小。 – 2． 晶体中的位错属于： a．体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。 √ – 3． 亚晶界是由： a．点缺陷堆积而成；b．位错垂直排列成位错墙而构成； √ c．晶界间的相互作用构成。 – 4． 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是： a．<100>；b．<110>；c．<111>。 √ – 5． 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是： a．｛100｝；b．｛110｝；c．｛111｝。 √ – 6． α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型： a．面心立方和体心立方；b．体心立方和面心立方；c．均 √ 为面心立方d．均为体心立方。
机械工程材料 第二章 金属的结构
（三） 是非题
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– 1． 因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在 各个方向上的性能也是不相同的。 （×） – 2． 金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。 （×） – 3． 因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数， 所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。 （√） – 4． 在立方晶系中，（123）晶面与[12]晶向垂直。 （√） – 5． 在立方晶系中，（111）与（11）是相互平行的两个晶面。 （×） – 6． 在立方晶系中，（123）晶面与（12）晶面属同一晶面族。 – 7． 在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。 （√） – 8． 在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方 （×） 向都具有相同的跃迁几率。 – 9． 因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多， （√） 所以固态下的扩散比液态下的慢得多。 （×） – 10．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。 – 11．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。 （√）
机械工程材料课件(ppt)
晶体与非晶体的区别
内部原子的排列是否有规则； 晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点； 晶体具有各向异性，而非晶体呈各向同性。
晶体 非晶体
第一节 金属的晶体结构 二、金属的晶体结构 1.金属晶体结构的基本概念
第一节 金属的晶体结构 二、金属的晶体结构 1.金属晶体结构的基本概念 晶格—假设通过原子结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。 晶胞—能反映晶格特征的最小组成单元。 晶格常数—晶胞的三个棱边的长度a,b,c
晶格常数：底面边长a， 底面间距c， c/a=1.633 原子半径：a/2 原子个数：6 配位数：12 致密度：0.74 常见金属： Be、Mg、Zn、Cd、 - Ti等
密排六方晶格
r四=0.29 r原子 r八=0.15 r原子
r四=0.225 r原子 r八=0.414 r原子
r四=0.225 r原子 r八=0.414 r原子
第二章 金属材料的基础知识
机械工程材料课件 (ppt)
SDUST
机械工程材料
优选机械工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材料课件
第一节 金属的晶体结构 第二节 合金的相结构 第三节 纯金属的结晶 第四节 合金的结晶 第五节 铁-碳合金相图
第一节 金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 晶体：凡内部原子呈规则排列的物质称为晶体。
非晶体：凡内部原子无规则排列的物质称为非晶体。
α-Fe等
体心立方晶格
第一节 金属的晶体结构
二、金属的晶体结构
2.典型的晶体结构
面心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c) 原子半径： 原子个数：4 配位数：12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Cu、Al、Ni、Au、 Ag、Pt等
面心立方晶格
第一节 金属的晶体结构 二、金属的晶体结构 2.典型的晶体结构 密排六方晶格
内部原子的排列是否有规则； 晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点； 晶体具有各向异性，而非晶体呈各向同性。
晶体 非晶体
第一节 金属的晶体结构 二、金属的晶体结构 1.金属晶体结构的基本概念
第一节 金属的晶体结构 二、金属的晶体结构 1.金属晶体结构的基本概念 晶格—假设通过原子结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。 晶胞—能反映晶格特征的最小组成单元。 晶格常数—晶胞的三个棱边的长度a,b,c
晶格常数：底面边长a， 底面间距c， c/a=1.633 原子半径：a/2 原子个数：6 配位数：12 致密度：0.74 常见金属： Be、Mg、Zn、Cd、 - Ti等
密排六方晶格
r四=0.29 r原子 r八=0.15 r原子
r四=0.225 r原子 r八=0.414 r原子
r四=0.225 r原子 r八=0.414 r原子
第二章 金属材料的基础知识
机械工程材料课件 (ppt)
SDUST
机械工程材料
优选机械工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材料课件
第一节 金属的晶体结构 第二节 合金的相结构 第三节 纯金属的结晶 第四节 合金的结晶 第五节 铁-碳合金相图
第一节 金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 晶体：凡内部原子呈规则排列的物质称为晶体。
非晶体：凡内部原子无规则排列的物质称为非晶体。
α-Fe等
体心立方晶格
第一节 金属的晶体结构
二、金属的晶体结构
2.典型的晶体结构
面心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c) 原子半径： 原子个数：4 配位数：12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Cu、Al、Ni、Au、 Ag、Pt等
面心立方晶格
第一节 金属的晶体结构 二、金属的晶体结构 2.典型的晶体结构 密排六方晶格
第二章(1)金属的结构与结晶
N/G 越大，晶粒越细小。
细化晶粒的途径
❖ 提高冷却速度、增大过冷度过冷度对N、G的影响
V冷
△T
N/G 晶粒细小
V 在铸造生产中，用金属型代替砂型，增 冷 大金属型的厚度，降低金属型的预热温度等
❖ 变质处理：加入一些细小变质剂，增大形核率，
减低长大速率。
❖ 机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。
光学金相显示的纯铁晶界
多晶体示意图
晶体缺陷 ( crystal defect )
点缺陷
线缺陷 面缺陷
点缺陷(point defБайду номын сангаасct)
空位 (vacancy)
间隙原子 (gap atom)
置换原子 (substitutional atom)
a. 空位：晶格中某些缺排原 子的空结点。 b. 间隙原子：挤进晶格间隙 中的原子。可以是基体金属 原子，也可以是外来原子。
密排面 数量 密排方向 数量
体心立方晶格 {110} 6 <111> 4 面心立方晶格 {111} 4 <110> 6 密排六方晶格 六方底面 1 底面对角线 3
三种常见晶格的密排面和密排方向
密排面:﹛110﹜，数量: 6
体心立方晶格 密排方向:<111>，数量: 4
密排面:﹛111﹜，数量: 4
金
金
属 的
属 的
树
树
枝
枝
晶
晶
金 属 的 树 枝
冰 的 树 枝 晶
晶
（3）金属结晶后的晶粒大小
一般来说，细晶粒金属具有较高的强度 和韧性。为了提高金属的力学性能，希 望得到细晶组织。
3、决定晶粒度的因素
晶粒大小取决于形核的数目和长大的速度。 形核率（N）：单位时间单位体积内形成晶核
细化晶粒的途径
❖ 提高冷却速度、增大过冷度过冷度对N、G的影响
V冷
△T
N/G 晶粒细小
V 在铸造生产中，用金属型代替砂型，增 冷 大金属型的厚度，降低金属型的预热温度等
❖ 变质处理：加入一些细小变质剂，增大形核率，
减低长大速率。
❖ 机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。
光学金相显示的纯铁晶界
多晶体示意图
晶体缺陷 ( crystal defect )
点缺陷
线缺陷 面缺陷
点缺陷(point defБайду номын сангаасct)
空位 (vacancy)
间隙原子 (gap atom)
置换原子 (substitutional atom)
a. 空位：晶格中某些缺排原 子的空结点。 b. 间隙原子：挤进晶格间隙 中的原子。可以是基体金属 原子，也可以是外来原子。
密排面 数量 密排方向 数量
体心立方晶格 {110} 6 <111> 4 面心立方晶格 {111} 4 <110> 6 密排六方晶格 六方底面 1 底面对角线 3
三种常见晶格的密排面和密排方向
密排面:﹛110﹜，数量: 6
体心立方晶格 密排方向:<111>，数量: 4
密排面:﹛111﹜，数量: 4
金
金
属 的
属 的
树
树
枝
枝
晶
晶
金 属 的 树 枝
冰 的 树 枝 晶
晶
（3）金属结晶后的晶粒大小
一般来说，细晶粒金属具有较高的强度 和韧性。为了提高金属的力学性能，希 望得到细晶组织。
3、决定晶粒度的因素
晶粒大小取决于形核的数目和长大的速度。 形核率（N）：单位时间单位体积内形成晶核
工程材料学2金属的晶体结构与结晶
§2.1 晶体学基础知识
注意:晶面指数特征与与原点位置无关；每一指数对应一组平行的晶面 。
§2.1 晶体学基础知识
晶面族：原子排列情况相同，但空间位向不同的各组晶面的集合。
§2.1 晶体学基础知识
立方晶系常见的晶面 Z
（011）
（110
） （011
（101）
）
（101 ）
Y
（110
） X
§2.1 晶体学基础知识
柱体。
四轴定向：晶面符号一般写为（hkil），指
数的排列顺序依次与a1轴、 a2轴、 a3轴、c轴相对
应，其中a1、a2、a3三轴间夹角为120o，c轴与它 们垂直。它们之间的关系为：i =－（h＋k）。
2.2.3、六方晶系晶面、晶向表示方法
1、晶面指数：
方法同立方晶系， (hkil)为在四个坐标 轴的截距倒数的化简 ，自然可保证关系式 h＋k＋i＝0。底面指 数为(0001)。
铅锭宏观组织
沿晶断口
§2.3 金属材料的实际晶体结构
点缺陷对材料性能的影响
（1）提高材料的电阻 定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡 力(陷阱)，增加了阻力，加速运动提高局部温度(发热)。
（2）加快原子的扩散迁移 空位可作为原子运动的周转站。 ( 3 ) 使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
§2.3 金属材料的实际晶体结构
体心立方晶格为单斜晶系
§2.2 纯金属的典型晶体结构
１．体心立方、面心立方为何不在前述七大晶系之内？
面心立方晶格为菱方晶系
§2.2 纯金属的典型晶体结构
２．面心立方、密排六方的致密度相同，原子堆积方式的主要差异是什么？
密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB… 面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC…
第二章晶体结构与结晶
工程材料及机械制造基础
3）晶面族与晶向族 (hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 与 分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 分别表示的是一组平行的晶向和晶面 那些指数虽然不同， 那些指数虽然不同， 但原子排列完全相同 的晶向和晶面称作晶 的晶向和晶面称作晶 向族或晶面族。 向族或晶面族。分别 表示。 用{hkl}和<uvw>表示。 和 表示
工程材料及机械制造基础
晶态
非晶态
金属的结构
Si2O的结构 的结构
工程材料及机械制造基础
3.金属的晶体结构 3.金属的晶体结构 晶体结构描述了晶体中原子（离子、分子） 晶体结构描述了晶体中原子（离子、分子）的排列方 式。 理想晶体——实际晶体的理想化 1）理想晶体 实际晶体的理想化 三维空间无限延续，无边界 三维空间无限延续， 三维空间无限延续 严格按周期性规划排列，是完整的、无缺陷。 严格按周期性规划排列， 严格按周期性规划排列 是完整的、无缺陷。 原子在其平衡位置静止不动 2）理想晶体的晶体学抽象 空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（ 空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为 晶格结点，构成空间格架） 晶胞（ 晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小 组成单元） 组成单元）
工程材料及机械制造基础
第二章 晶体结构与结晶 内容: 金属的晶体结构 合金的晶体结构 实际金属的晶体结构 目的: 掌握晶体结构及其对材料的物理化学 性能、力学性能及工艺性能的影响， 性能、力学性能及工艺性能的影响，为 后续课程的学习做好理论知识的准备
工程材料及机械制造基础
第一节 金属的晶体结构 1.晶体与非晶体 晶体与非晶体 晶体
工程材料及机械制造基础
例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为 ， ， 例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1，1.5， 2，求该直线的晶向指数。 ，求该直线的晶向指数。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得[234]。 。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得 例二、已知晶向指数为 例二、已知晶向指数为[110]，画出该晶向。 ，画出该晶向。 找出1， ， 坐标点 坐标点， 找பைடு நூலகம் ，1，0坐标点，连接原点与该点的直 线即所求晶向。 线即所求晶向。
金属材料的晶体结构与结晶
1.2 合金的晶体结构与结晶
1.1.1 合金的晶体结构
合金是指由两种或两种以上的金属元素或由金属元素与非金属元素 组成的具有金属特性的物质。
组成合金的最基本的、独立的单元称为组元。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，由三个以上组 元组成的合金称为多元合金。
合金中结构相同、成分相同和性能一致，并以界面相互隔开的组成 部分称为相。只有一种相组成的合金为单相合金，由两种或两种以上相 组成的合金为多相合金。用金相观察方法，在金属及合金内部看到的相 的形态、数量、大小和分布及相间结合状态称为显微组织。
非晶体
晶体
金属材料的晶体结构与结晶
1.晶体结构的基本知识
图2-1 晶体结构示意图
金属材料的晶体结构与结晶
1.常见的金属晶格类型 常见的金属晶格类型包括体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方
晶格三大类。 1）体心立方晶格 body—centered cubic lattice 特点：b 较好。如：＜912℃ Fe, Cr, Mo, V等。 含有2个原子体积组成。
图2-7 刃型位错示意图
金属材料的晶体结构与结晶
（3）面缺陷。面缺陷是指在晶体中呈面状分布（在两个方向上尺寸很大，在第 三个方向上尺寸很小）的缺陷。常见的面缺陷是晶界和亚晶界。
晶界是位向不同的晶粒间的过渡区，其宽度为5～10个原子间距。晶界区域的晶 粒的位向通过晶界的协调逐步过渡到相邻晶粒的位向，如图2-8（a）所示。亚晶界 是由位向相差很小的亚晶粒组成的，如图2-8（b）所示。晶界和亚晶界的原子排列 都不规则，会产生晶格畸变。因此，晶界和亚晶界均可提高金属的强度，改善塑性 和韧性。
图2-10 液态金属的结晶过程示意图
金属材料的晶体结构与结晶
1.1.1 合金的晶体结构
合金是指由两种或两种以上的金属元素或由金属元素与非金属元素 组成的具有金属特性的物质。
组成合金的最基本的、独立的单元称为组元。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，由三个以上组 元组成的合金称为多元合金。
合金中结构相同、成分相同和性能一致，并以界面相互隔开的组成 部分称为相。只有一种相组成的合金为单相合金，由两种或两种以上相 组成的合金为多相合金。用金相观察方法，在金属及合金内部看到的相 的形态、数量、大小和分布及相间结合状态称为显微组织。
非晶体
晶体
金属材料的晶体结构与结晶
1.晶体结构的基本知识
图2-1 晶体结构示意图
金属材料的晶体结构与结晶
1.常见的金属晶格类型 常见的金属晶格类型包括体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方
晶格三大类。 1）体心立方晶格 body—centered cubic lattice 特点：b 较好。如：＜912℃ Fe, Cr, Mo, V等。 含有2个原子体积组成。
图2-7 刃型位错示意图
金属材料的晶体结构与结晶
（3）面缺陷。面缺陷是指在晶体中呈面状分布（在两个方向上尺寸很大，在第 三个方向上尺寸很小）的缺陷。常见的面缺陷是晶界和亚晶界。
晶界是位向不同的晶粒间的过渡区，其宽度为5～10个原子间距。晶界区域的晶 粒的位向通过晶界的协调逐步过渡到相邻晶粒的位向，如图2-8（a）所示。亚晶界 是由位向相差很小的亚晶粒组成的，如图2-8（b）所示。晶界和亚晶界的原子排列 都不规则，会产生晶格畸变。因此，晶界和亚晶界均可提高金属的强度，改善塑性 和韧性。
图2-10 液态金属的结晶过程示意图
金属材料的晶体结构与结晶
金属的晶体结构与结晶
机械工程材料
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构
金属材料的性能与其内部的原子排列密切相关，金属 在冷、热加工过程中的许多变化也与晶体结构有关。
金属的特性与金属键 1. 金属的特性 固态金属的主要特性有： 1）良好的导电、导热性。 2）不透明，有金属光泽。 3）具有较高的强度和良好的塑性。 4）具有正的电阻温度系数，即金属的电阻随温度的升 高而增大。
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构
晶体结构的基本概念 晶体与非晶体
自然界中的一切固态物质，按其内部粒子的排列情况可分为晶体 和非晶体。凡内部粒子呈规则排列的固态物质称为晶体，如食盐 、雪花、固态金属等都是晶体。凡内部粒子呈无规则堆积的固态 物质，成为非晶体，如普通玻璃、松香等都是非晶体。
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构
金属键
金属原子外层电子与原子核的结合力 较弱，很容易摆脱原子核的吸引力， 这种电子成为自由电子。失去外层电 子的金属原子成为正离子。自由电子 在正离子间自由运动，形成所谓的“电 子气”。正离子与电子气之间依靠静电 引力结合起来，这种结合方式称为“金 属键”。
金属键模型
金属结晶的现象分为： 1. 结晶过程的宏观现象 2. 结晶潜热的释放 3. 结晶过程的微观过程
金属结晶的结晶条件： 结晶的热力学条件 结晶的结构条件
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构
晶核的形成 在过冷液体中形成固态晶核时，可能有两种形核方式。一 种是均匀形核，又叫均质形核或自发形核；另一种是非均 匀形核，又叫异质形核或非自发形核。如果液相中各个区 域出现新相晶核的几率都相同，则为均匀形核；如果新相 优先出现在液相中的某些区域，则为非均匀形核。
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构
金属材料的性能与其内部的原子排列密切相关，金属 在冷、热加工过程中的许多变化也与晶体结构有关。
金属的特性与金属键 1. 金属的特性 固态金属的主要特性有： 1）良好的导电、导热性。 2）不透明，有金属光泽。 3）具有较高的强度和良好的塑性。 4）具有正的电阻温度系数，即金属的电阻随温度的升 高而增大。
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构
晶体结构的基本概念 晶体与非晶体
自然界中的一切固态物质，按其内部粒子的排列情况可分为晶体 和非晶体。凡内部粒子呈规则排列的固态物质称为晶体，如食盐 、雪花、固态金属等都是晶体。凡内部粒子呈无规则堆积的固态 物质，成为非晶体，如普通玻璃、松香等都是非晶体。
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构
金属键
金属原子外层电子与原子核的结合力 较弱，很容易摆脱原子核的吸引力， 这种电子成为自由电子。失去外层电 子的金属原子成为正离子。自由电子 在正离子间自由运动，形成所谓的“电 子气”。正离子与电子气之间依靠静电 引力结合起来，这种结合方式称为“金 属键”。
金属键模型
金属结晶的现象分为： 1. 结晶过程的宏观现象 2. 结晶潜热的释放 3. 结晶过程的微观过程
金属结晶的结晶条件： 结晶的热力学条件 结晶的结构条件
金属的晶体结构与结晶
金属的晶体结构
晶核的形成 在过冷液体中形成固态晶核时，可能有两种形核方式。一 种是均匀形核，又叫均质形核或自发形核；另一种是非均 匀形核，又叫异质形核或非自发形核。如果液相中各个区 域出现新相晶核的几率都相同，则为均匀形核；如果新相 优先出现在液相中的某些区域，则为非均匀形核。
金属的晶体结构与结晶
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
2-3 根据组元数, 一般分为二元相图、三元相图。 三元相图
Fe-C二元相 图
2-3 同素异构转变 有些物质在固态下其晶格类型会随温度变化而发生变化，这 种现象称为同素异构转变。 锡，四方结构的白锡在13℃下转变为金刚石立方结构的灰 锡。 同素异构转变同样也遵循形核、长大的规律，但它是一个 固态下的相变过程，即固态相变。 除锡之外，铁、锰、钴、钛等也都存在着同素异构转变。
位错密度增加，能提高金属强度。
2-1
（3）面缺陷
呈面状分布的缺陷，主要是晶界和亚晶界。 晶体缺陷产生晶格畸变，使金属的强度、硬度提高，韧性下降。
2-1
二、合金的晶体结构 1.合金的基本概念
合金：两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经一定方法合成的 具有金属特性的物质。 例如，钢和生铁是Fe与C的合金，黄铜是Cu和Zn的合金。 组元：组成合金最基本的物质。可以是元素，也可以是化合物。 黄铜的组元是铜和锌；青铜的组元是铜和锡。铁碳合金中的Fe3C，镁硅合 金中的Mg2Si。 合金系：组元不变，当组元比例发生变化，可配制出一系列不同成分、不 同性能的合金，这一系列的合金构成一个“合金系统”，简称合金系。
2-1
（2）金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质。
1.正常价化合物：如Mg2Si, Mg2Sn, Mg2Pb, Cu2Se等。
2.电子化合物：不遵守原子价规律，但有一定的电子浓度的化合物。
如Cu3Al, CuZn3, Cu5Zn8等。
3.间隙化合物：由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较
通常在钢中加入铝、钒，向铸铁液中加入硅铁合金。
（3）机械振动、超声振动、电磁搅拌： 使结晶过程中形成的枝晶折断裂碎，增加晶核数，达到细化晶粒的目的。
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2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型：
1.晶体，我们称之为结晶； 2.非晶体，非晶态材料在凝固过程中是逐渐变硬的。
结晶是由一种相(液相)转变为另一种相(固相)的过程， 即是相变过程。
2-2
一、冷却曲线和过冷度
结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现象称为过冷。 理论结晶温度与实际结晶温度的差值称为过冷度(△T)，即△T=T0—T1。
均匀长大
2-1
二、合金的晶体结构
1.合金的基本概念
合金：两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经一定方法合成的 具有金属特性的物质。 例如，钢和生铁是Fe与C的合金，黄铜是Cu和Zn的合金。
组元：组成合金最基本的物质。可以是元素，也可以是化合物。 黄铜的组元是铜和锌；青铜的组元是铜和锡。铁碳合金中的Fe3C，镁硅合 金中的Mg2Si。
2-1
1）置换固溶体
溶质原子置换了溶剂晶格中的一些溶剂原子而形成的固溶体。
置换固溶体
2-1
2）间隙固溶体
溶质原子嵌入溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体。 由于在溶剂晶格中溶入了溶质元素，必然造成溶剂晶格的畸变。
组成：原子半径较小（小于0.1nm)的非金属元素溶入金属晶体的间隙。 影响因素：原子半径和溶剂结构。 溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶体（间隙有限）。
2-1
（2）金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质。 1.正常价化合物：如Mg2Si, Mg2Sn, Mg2Pb, Cu2Se等。
2.电子化合物：不遵守原子价规律，但有一定的电子浓度的化合物。 如Cu3Al, CuZn3, Cu5Zn8等。
3.间隙化合物：由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较 小的非金属元素形成的金属化合物。
温
冷速越大，过冷度越大
度
理论冷却曲线
To
结晶平台(是由结晶潜热导致)
T1
实际冷却曲线
孕育期
纯金属结晶时的冷却曲线 时间
2-2
结晶过程:晶核形成和晶核长大两个基本过程。
液态金属
形核
晶核长大
完全结晶
2-2
① 晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。 ② 晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。 ③ 每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。
3a 4
原子个数：2
致密度：68%
常见金属： Fe 、铬、钨、钼、钒等
2-1
（2）面心立方晶格
面心立方晶格的晶包也是一个立方体，立方体的八个 顶角和六个面的中心各排列着一个原子。
属于这种晶格类型的金属有Al、Cu 、Ni、Pb、Au、Ag、γ -Fe等 。
2-1
面心立方晶格
γ -Fe
2-1
合金系：组元不变，当组元比例发生变化，可配制出一系列不同成分、不 同性能的合金，这一系列的合金构成一个“合金系统”，简称合金系。
相:合金中结构相同、成分、性能均匀的组成部分（和其他部分以界面分开）。
2-1
2.合金的基本相
合金中的相按结构可分为：固溶体、金属化合物。
（1）固溶体
• 固溶体是指合金中两组元在固态下相互溶解而形成的均匀固相。 • 溶剂是组成固溶体的两个组元中，能够保持其原有晶格类型的组元； • 溶质是失去原有晶格类型的组元。 • 特征：固溶体的晶格仍然保持溶剂的晶格类型。
2-1
点缺陷造成晶格畸变，使金属强度、硬度、电阻率增加，塑性、韧性下降。
2-1
（2）线缺陷
呈线状分布的缺陷，主要是各种位错。 晶面上下两部分晶体间产生原子错排现象，称为位错。 位错密度增加，能提高金属强度。
2-1
（3）面缺陷
呈面状分布的缺陷，主要是晶界和亚晶界。 晶体缺陷产生晶格畸变，使金属的强度、硬度提高，韧性下降。
2-2
• 晶核的形成方式
• 自发晶核:晶核完全是由液体中瞬时短程有序的原子团形成。 • 非自发晶核 :晶核依靠液体中存在的固体杂质或容器壁形成。 • 自发晶核和非自发晶核同时存在，但非自发晶核起优先、主导作用
2-2
晶核的长大方式—树枝状
（1）均匀长大：当过冷度很小时，结晶以均匀长大方式进行。 （2）树枝形式长大：实际冷却速度较大，因而主要以树枝形式长大，由于 晶核棱角处的散热条件好、生长快，先形成枝干，而枝干间最后被填充。
第二章 金属晶体机构与结晶
2.1 晶体结构 2.2结晶
2.3铁碳合金相图
2-1
金属的性能主要是由金属内部组织结构决定的。 因此，了解金属内部结构及其对金属性能的影
响、对选用和加工金属材料有重要的意义。
2-1
一、纯金属的晶体结构 1.晶体结构的基本知识
（1）晶体与非晶体
晶体的原子是按一定的几何形状作有规律的重复排列，如金刚石、 石墨、冰、固态金属与合金等，晶体有固定熔点。
（3）密排六方晶格
密排六方晶格的晶包是一个六方柱体，柱体的十二个顶角和上、 下面中心各排列着一个原子，在上、下面之间还有三个原子。
属于这种晶格类型的金属有Mg、 Zn 、Be、α -Ti等 。
2-1
密排六立方晶格
晶格常数：底边长a，高c 原子半径： r 1 a
2
原子个数：6 致密度：74%
常见金属： Ti 、镁、锌、铍等
2-1
3. 多晶体结构
晶体内部原子排列方向（称晶格位向）完全一致的晶体称为单晶体。 由许多小晶体组成的晶体称为多晶体。 晶格排列方向基本相同的小晶体称为晶粒。
晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。
2-1
4. 纯金属的实际晶体结构
晶体缺陷：晶体中原子规律排列受到破坏的区域，称为晶体缺陷。
（1）点缺陷
呈点状分布的缺陷，常见的有晶格空位、间隙原子、置换原子。
非晶体的原子是无规律杂乱地堆积在一起，如玻璃、沥青、松香等， 非晶体没有固定的熔点。
2-1
（2）晶格与晶胞
用于描述原子在晶体中规律排列方式的空间格子称为晶格。 晶格中直线的交点称为结点。
晶格中能代表原子排列规律的基本几何单元称为晶胞。
2-1
晶向
晶格中由原子所组成的任一直线，代表晶体空间的一个 方向。
2-1
晶面
晶格中各方位上的原1）体心立方晶格
体心立方晶格的晶包为一个立方体，立方体的八个顶角各排 列着一个原子，立方体中心有一个原子。
属于这种晶格类型的金属有Cr、W、Mo、V、α -Fe等 。
2-1
体心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c)
原子半径：r