常见的金属晶体结构
第一章金属的晶体结构 本章重点与难点： ①金属键; ②最常见
第一章金属的晶体结构本章重点与难点：①金属键；②最常见的晶体结构：面心立方结构（fcc）、体心立方结构（bcc）、密排六方结构（hcp）；晶向指数和晶面指数；③晶体中存在的缺陷：点缺陷、面缺陷、线缺陷。
内容提要：固体物质的原子是由键结合在一起。
这些键提供了固体的强度和有关电和热的性质。
由于原子间的结合键不同，我们经常将材料分为金属、聚合物和陶瓷三类。
金属的原子之间时依靠金属键结合在一起的。
在结晶固体中，材料的许多性能都与其内部原子排列有关，可将晶体分为7种晶系，14种布拉菲点阵。
金属中最常见的晶体结构有面心立方结构（fcc）、体心立方结构（bcc）、密排六方结构（hcp）结构。
本章还介绍了晶向、晶面的概念及其表示方法（指数），因为这些指数被用来建立晶体结构和材料性质及行为间的关系。
实际的晶体结构中存在着一些缺陷，根据几何形态特征，分为点缺陷、面缺陷、线缺陷。
基本要求：1.建立原子结构的特征，了解影响原子大小的各种因素。
3.建立单位晶胞的概念，以便用来想像原子的排列；在不同晶向和镜面上所存在的长程规则性;在一维、二维和三维空间的堆积密度。
4.熟悉常见晶体中原子的规则排列形式，特别是bcc，fcc以及hcp。
我们看到的面心立方结构，除fcc金属结构外，还有NaCl结构和金刚石立方体结构。
5. 掌握晶向、晶面指数的标定方法。
一般由原点至离原点最近一个结点（u,v,w）的连线来定其指数。
如此放像机定为[u,v,w]。
u,v,w之值必须使互质。
晶面指数微晶面和三轴相交的3个截距系数的倒数，约掉分数和公因数之后所得到的最小整数值。
若给出具体的晶向、镜面时会标注“指数”时，会在三维空间图上画出其位置。
6.认识晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质。
注意位错线与柏氏矢量，位错线移动方向、晶体滑移方向与外加切应力方向之间的关系。
7 了解位错的应力场和应变能，位错的增殖、塞积与交割。
第一节金属1 金属原子的结构特点金属原子的结构特点是外层电子少，容易失去。
金属常见的三种晶体结构
金属常见的三种晶体结构
金属是由原子键紧密排列在一起而形成的固态，它们的结构可以分为三种：非晶态，单斜晶格和立方晶格。
非晶态是一种金属的结构，它和晶态有很大的不同，因为它没有安排成典型排列。
它是由大量低秩排列的原子构成的，没有晶面，且具有较低的密度。
这种结构经常出现在薄膜中，但也有一些金属在处于高温状态时以非晶态存在的特点。
单斜晶格是金属中最普遍的晶体结构。
它的特点是原子被排列在能量最低的八位置中，将空间划分为六个同心圆，将其围绕中心共轭，形成金属化合物中最常见的晶格结构。
该晶体结构非常稳定，在Big Bang中释放出来的原子大多就以单斜晶格结构存在。
另一种金属常见晶体结构是立方晶格结构。
立方晶格由很多个单元格组成，每个小单元中心都有一个原子，形成一个正交的立方晶格，原子的排列形成一个空mid的和的画面，可以把金属想象为一个巨大的正方体，巨大的正方体是由正方体组成的，原子是此晶体结构的组成单位。
总之，金属通常以非晶格、单斜晶格和立方晶格三种晶体结构存在，它们的生成和行为直接关系到金属的特性。
金属的宏观特性及其在特定情况下的表现受它们的晶体结构紧密相关。
理解金属的晶体结构对科学家们的研究和应用非常重要。
金属中常见的三种晶体结构
金属中常见的三种晶体结构
金属是人类理解和感知宇宙规律的基础，我们日常生活中实用性最好的材料就是金属。
而
金属的晶体结构是深入研究金属的重要方面，也是决定金属特性的基础之一。
因此，今天
我们就来讨论金属中常见的三种晶体结构：六方晶格、面心立方晶格和菱形晶格。
六方晶格是最常见的金属晶体结构形式，是对称分布最均匀、最节约空间的结构。
它内部
是由晶胞堆积构成，每个晶胞由六颗原子构成，其条形运动立方体形状形成六个晶面。
这
种晶体结构可以满足大多数金属原子的包裹，也是大多数金属表面及体内的晶体结构形式。
面心立方晶格结构是一种复杂的晶体结构，在它的晶胞内部分布着八颗原子，分布方式是
四个原子均匀的放置于晶胞的八个顶点，另外四颗原子均匀的放置于晶胞的六个棱面中间，这种特别的原子分布使晶粒有了更高的密度。
它是一种特殊的光学结构，通常在失去平衡的金属表面形成，并影响金属的光学性质。
菱形晶格结构是四颗原子布置而成的基本晶胞，菱形晶格的核心由四个六面体构成，每一
个六面体都可以由四个原子组成，因此在晶胞中有四颗原子存在。
这种晶体结构的优点是
比较均匀的原子分布，原子离聚力也更大，可以定义更长的晶格参数，可以表示物理和化
学性质。
总而言之，金属中常见的三种晶体结构就是六方晶格、面心立方晶格和菱形晶格，他们各有自身的特点，这些特点直接体现在金属的结构和性能上，研究它们可以揭示金属的秘密，从而使我们更好地应用金属。
1-3-1 金属的晶体结构
2
一、典型金属的晶体结构
最常见的金属晶体结构有三种：面心立方结 构、体心立方结构和密排六方结构。 本节主要讨论原子的排列方式、晶胞内原子 数、点阵常数、原子半径、原子配位数、致密度 和原子间隙大小。 下面分别加以讨论：
3
1、原子排列方式
1） 球体的紧密堆积
① 单一质点的等大球体最紧密堆积，如纯金属晶体。 ② 几种质点的不等大球体的紧密堆积，如离子晶体。
16
2) 密排六方结构
属于六方紧密堆积，以ABABAB…的方式堆积， 从结构中可分析出六方晶胞。 具有这种结构的金属：Be、Mg、Zn、Cd、 -Ti和-Co。
3) 体心立方结构
属于体心立方紧密堆积，原子是以体心立方空间 点阵的形式排列，可分析出体心立方晶胞。
具有这种结构的金属：V、-Fe、Nb、Mo、 Cr和W。
3、晶胞中的原子数
1) 简单立方结构 (SC / Simple cubic)
1 8 1 8
20
2) 体心立方结构
(bcc / Body-centered cubic)
3) 面心立方结构
(fcc / Face-centered cubic)
1 8 1 2 8
1 1 8 6 4 8 2
第三层堆积的特征： 有两种完全不同的堆积方式。 a. 堆积在单层空隙位置 从垂直图面的方向观察，第三层球的位置正好与 第一层相重复。如果继续堆第四层，其又与第二 层重复，第五层与第三层重复，如此继续下去， 这种紧密堆积方式用ABABAB……的记号表示。
六方紧密堆积hcp (ABAB…)
对应ABAB……紧密堆积方式，其球体
r(Ag)=0.288nm， r(Al)=0.286nm，但都不能形成连续 （无限）固溶体，为什么？ 3、(1)叙述形成固溶体的影响因素; (2)形成连续固溶体的充分必要条件是什么?
金属晶体的常见结构
金属晶体的常见结构
金属晶体的常见结构有以下几种：
1. 面心立方（FCC）结构：在这种结构中，金属原子分别位于正方形面的角点和中心，以及正方形面的中心。
每个原子都与12个邻近原子相接触，形成一个紧密堆积的结构。
典型的例子是铜、铝和金。
2. 体心立方（BCC）结构：在这种结构中，金属原子分别位于正方体的角点和正方体的中心。
每个原子都与8个邻近原子相接触，形成一个比较紧密的结构。
铁和钨是常见的具有BCC结构的金属。
3. 密排六方（HCP）结构：在这种结构中，金属原子以一定的方式排列，形成六边形的密排层，其中每个层的原子位于前一层原子的空隙上。
这些层之间存在垂直堆叠，形成一个紧密堆积的结构。
典型的例子是钛和锆。
除了以上三种常见的金属晶体结构外，还有其他特殊的结构，如体心立方密堆积（BCC HCP）和面心立方密堆积（FCC HCP）等。
这些不同的结构对于金属的性质和行为有着重要的影响。
1。
ch2-2 金属的晶体结构
（4）致密度
0.74 (74%)
（5）空隙半径 ●四面体空隙半径: r四=0.225r原子 ●八面体空隙半径: r八=0.414r原子
（6）配位数 12
3. 密排六方晶格(胞) ( HCP 晶格) 12个金属原子分布在六方体的12个角 上, 在上下底面的中心各分布1个原子, 上下底面之间均匀分布3个原子。 具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉 (Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。
1.晶胞中的原子数 立方结构
Nc N=Ni 2 8
Nf
面心立方结构：n=8×1/8+6×1/2=4 体心立方结构：n=8×1/8+1=2 密排六方结构：n=12×1/6+2×1/2+3=6
2.2 金属的晶体结构
2.点阵常数与原子半径 若把原子看成等径的刚性小球， 其半径r称为原子半径。
对于1g碳，当它为金刚石结构时的体积
(cm3)
当它为石墨结构时的体积
(cm3) 故由金刚石转变为石墨结构时其体积膨胀
E.g. Mn的同素异构体有一为立方结构，其晶格常 数为0.6326nm，ρ为7.26g/cm3，r为0.112nm，问 Mn晶胞中有几个原子，其致密度为多少？ Solution：
每单位晶胞内20个原子
单胞原子数 摩尔质量 单胞体积 阿佛伽德罗常数
例题:计算晶格常数为0.2866nm的BCC铁的密度.
对于BCC铁单胞, 单胞原子数= 2
a0 = 0.2866nm = 2.866×10-8cm 摩尔质量 = 55.847g/mol 单胞体积 = a03 = 23.54×10 -24cm3/cell 密度：
plane indices
BCC
FCC
金属材料的晶体结构分析
金属材料的晶体结构分析金属材料作为重要的结构材料，其性能与其晶体结构密切相关。
晶体结构分析可以揭示金属材料的微观组织及其物理性质的起源。
本文将介绍金属材料的晶体结构分析方法、常见的晶体结构类型以及晶体缺陷的影响。
一、金属材料的晶体结构分析方法金属材料的晶体结构分析可以通过多种方法进行。
下面将介绍常用的晶体结构分析方法。
1. X射线衍射X射线衍射是一种常用的晶体结构分析方法。
通过将X射线照射到金属材料上，观察其衍射图样，可以得到材料的晶体结构信息。
这是因为X射线在晶体中的衍射受到晶体原子间的排列和晶体平面的间距等因素的影响。
2. 电子衍射电子衍射是以电子束代替X射线来照射样品进行衍射分析的方法。
电子衍射具有高分辨率和灵敏度的优势，可以用于研究金属材料的晶体结构以及晶体缺陷。
3. 中子衍射中子衍射是利用中子束照射样品进行衍射分析的方法。
中子具有波长和能量与晶体结构相匹配的特点，可以透射或散射到晶体中，通过测量散射角度和强度等信息来分析晶体结构。
二、金属材料的晶体结构类型金属材料的晶体结构可以分为多种类型，下面将介绍几种常见的晶体结构类型。
1. 面心立方结构（FCC）面心立方结构是一种常见的金属晶体结构。
在该结构中，晶体的顶点和每个面的中心都有原子存在。
这种结构具有高密度和良好的塑性，常见于铝、铜、银等金属中。
2. 体心立方结构（BCC）体心立方结构是另一种常见的金属晶体结构。
在该结构中，晶体的顶点处有原子，同时晶体的中心也有一个原子存在。
这种结构具有较高的强度和韧性，常见于铁、钴、钽等金属中。
3. 密排六方结构（HCP）密排六方结构是一种特殊的金属晶体结构。
在该结构中，晶体的顶点和面的中心都有原子存在，呈现出六边形的密排模式。
这种结构常见于钛、锆等金属中。
三、金属材料晶体缺陷的影响晶体缺陷是晶体结构中存在的不完美区域，对金属材料的性能和性质产生重要影响。
1. 点缺陷点缺陷是晶体结构中最简单的缺陷，例如晶格中原子的缺失或位错。
常见的晶体结构
晶胞分子数：Z=2；
晶胞中：2个八面体空隙 4个四面体空隙；
（2）质点坐标：
111 Ti : 000, 222
4
1 1 1 1 1 1 O : uuo, 1 u 1 u 0, u u , u u 2 2 2 2 2 2
1、金刚石结构
——立方晶系
（1）金刚石是面心立方格子
（2）碳原子位于立方体的8个
顶点，6个面心及立方体内4个
小立方体的中心。 （3）单位晶胞原子数：n＝8
（4）晶胞内各原子的空间坐标： 000， ½ ½ 0， ½ 0 ½ ， 0 ½ ½ ， ¼ ¼ ¾ ， ¼ ¾ ¼， ¾ ¼ ¼ ， ¾ ¾ ¾
体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离 子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差1/4 价”。
静电键强度
S=
正离子电荷数 Z ， 正离子配位数 n
Z Z Si i ni i i
则负离子电荷数
。
电价规则有两个用途： 其一，判断晶体是否稳定；
其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。
离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接
1、NaCl型结构
（1）密堆积情况： Cl- 离子面心立方堆积； Na+离子填充八面体空隙；
——立方晶系
晶胞分子数：Z=4；
晶胞中：4个八面体空隙
8个四面体空隙；
Na+离子填充全部八面体空隙
（2）质点坐标：
11 1 1 11 Cl : 000 , 0, 0 ,0 22 2 2 22
连接（2个配位多面体共用一个顶点），或者和另外3个[MgO6]八面体
第一章 金属的晶体结构-2
h1 h2 h3
k1 k2 k3
l1 l2 0 l3
则三个晶面属于同一个晶带。
（5） 若hu＋kv＋lw＝0，则晶向[u v w] 在晶面 (h k l)上。 （6） 在立方晶系中 [h k l] ⊥(h k l)
求（110）和（121）晶带面的晶带轴[uvw]，根据
晶带定理可得，
晶带轴为：
2 2
，如{0 0 0}面
用间隙的内容解释γ-Fe溶碳能力大于α-Fe的原因？
四、晶向指数与晶面指数P13
能明确的、定量的表示晶格中任意两原子 间连线的方向或任意一个原子面。 能方便地使用数学方法处理晶体学问题。
晶向：空间点阵中各阵点列的方向。 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。
1)
晶向指数
求法： 定原点 — 建坐标 — 求坐标— 化最小整数 — 加[ ]
1. 2.
3.
fcc与hcp相比，间隙尺寸相同，分布位置和数量不同。 fcc与bcc相比，fcc间隙数量少。
bcc与hcp相比，间隙尺寸不相同，数量相同。 虽然体心立方结构的致密度比面心立方结构的低，但它的间隙比较分 散，每个间隙的相对体积比较小，因此在体心立方结构中可能掺入杂 质和溶质原子的数量比面心立方结构的少。
正交晶系
d hkl
1 h k l a b c
2 2 2
立方晶系
d hkl
六方晶系
d hkl
a h k l
2 2
1
2
4 h 2 hk k 2 l 2 3 a c
上述公式仅适用于简单晶胞,对于复杂晶胞则要考虑原子链的影响 立方晶系
= < 100 >
金属的晶体结构
间隙半径：间隙中所能容纳的最大圆球的半径。
体心立方晶格中的间隙
八面体间隙: 6个×0.067a
四面体间隙: 12个×0.126a
体心立方晶格（body-centred cubic）
体心立方金属有：-Fe、Cr、V、W、Mo 等30种 。体心立方晶胞Z Nhomakorabeac
a a 2r
a
bY
X
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2
1+8*1/8=2
原子半径：
致密度：0.68
致密度= Va/Vc，其中 Vc:晶胞体积a3 Va=nV1 =24r3/3 配位数：8 配位数越大，原子排列 越紧密。
四、金属晶体中的晶面和晶向
Z
c
b a
晶面─晶体点阵中，通 过阵点的任一平面，代 Y 表晶体的原子平面，称 为晶面。
第1章 金属的晶体结构
1.1 金属 1.2 金属的晶体结构 1.3 实际金属的晶体结构
本章重点与难点
• ①金属键；建立金属原子的结构模型 。 • ②建立晶格和晶胞的概念；最常见的晶体结构：
体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构； 立方晶系的晶向指数和晶面指数。 • ③晶体中存在的缺陷：点缺陷、线缺陷（位错）、 面缺陷。
晶胞的棱边长度一般称为晶格常数或点阵常数，用a、b、 c表示。晶胞的棱间夹角叫轴间夹角。用α、β、γ表示。
2、七大晶系和十四种布拉菲点阵
依据空间点阵的基本特点划分为七大晶系：
常见金属矿物特征金属矿物结晶特征
常见金属矿物特征金属矿物结晶特征1.黄铁矿(Pyrite)Fe［S2］【晶体结构】等轴晶系；【形态】常见完好晶形，呈立方体、五角十二面体或八面体}。
在立方体晶面上常能见到3组相互垂直的晶面条纹，集合体常成致密块状、分散粒状及结核状等【物理性质】浅铜黄色，表面带有黄褐的锖色；条痕绿黑色；强金属光泽，不透明。
无解理；断口参差状。
硬度6～6.5。
相对密度4.9～5.2。
性脆。
2.黄铜矿(Chalcopyrite) CuFeS2【晶体结构】四方晶系；。
【形态】通常为致密块状或分散粒状集合体（图L-7）。
偶而出现隐晶质肾状形态。
晶体常见单形有四方四面体、四方双锥，但单晶较少见。
【物理性质】颜色为铜黄色，但往往带有暗黄或斑状锖色，条痕绿黑色，金属光泽，不透明，解理不发育，硬度3～4，相对密度4.1～4.3，性脆，能导电。
3.方铅矿(Galena)PbS【晶体结构】等轴晶系；【形态】最常呈立方体,还可出现八面体、菱形十二面体，并有时以八面体与立方体聚形出现。
也常见成粒状、致密块状集合体。
【物理性质】铅灰色；条痕灰黑色，强金属光泽，解理平行完全，硬度2～3，相对密度74～76。
具弱导电性。
【鉴定特征】铅灰色，强金属光泽，立方体完全解理，相对密度大，硬度小（比辉钼矿硬度大，晶形好，不染手）。
4.闪锌矿(Sphalerite) ZnS【晶体结构】等轴晶系；【形态】通常呈粒状集合体，有时呈肾状、葡萄状，反映出胶体成因的特征。
单晶体常呈四面体(图L-5)，正形和负形的晶面上常见聚形纹。
有时呈菱形十二面体(通常为低温下形成)。
偶见以{111}为接合面成双晶,双晶轴平行［111］，有时成聚片双晶。
闪锌矿的形态具有标型意义：一般地，高温条件下形成的闪锌矿主要是呈正负四面体，并见立方体，中低温下则以菱形十二面体为主【物理性质】Fe的含量直接影响闪锌矿的颜色、条痕、光泽和透明度。
当含Fe量增多时，颜色为浅黄、棕褐直至黑色(铁闪锌矿)；条痕由白色至褐色；光泽由树脂光泽至半金属光泽；透明至半透明。
常见的金属晶体结构
第二章作业2－1 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？V、Mg、Zn 各属何种结构？答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。
答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。
答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。
原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。
晶界越多，越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。
（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天，然后再精加工。
试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。
金属中常见的晶体结构
金属中常见的晶体结构金属，咱们生活中常见的材料，像是铁、铝、铜什么的，大家肯定都耳熟能详。
但是你知道这些金属的内部结构吗？没错，就是它们的晶体结构！嘿，别急，今天咱们就来聊聊这些有趣的东西。
听起来可能有点复杂，但其实没那么难。
想象一下，一个金属就像一个大派对，里面的人（原子）们都在按照某种特定的舞步来跳舞，形成各种有趣的图案。
咱们得说说面心立方结构，简称FCC。
这个名字听起来高深莫测，其实就是在说这些金属的原子排列得特别紧凑，像是在大场面上跳舞一样，节奏感十足。
比如说，金属铜、铝和黄金，它们都是这个大家庭的一员。
你想啊，面对面地站着，大家都紧紧围成一圈，互相碰撞又不掉队，这种感觉是不是特别温暖？这也是为什么这些金属通常比较坚固、耐用。
就像你身边的朋友，靠谱得很，一般情况下不会出什么差错。
我们聊聊体心立方结构，也就是BCC。
这个结构有点不同，像是一个不太爱社交的人，中心的原子就独自一人待在中间，周围的原子则是四面八方地围绕着他。
比如说铁就是这样的家伙。
要说BCC的金属，其实它们的排列稍微松散一点，像是那种一群朋友一起聚会，结果有人偏偏要去吃炸鸡，结果有点拉开了距离。
尽管这样，它们依然坚固，但弹性和塑性就稍微逊色一些。
不过，你要是碰到铁这个家伙，千万别小看它哦，虽然看起来有点“孤僻”，但一到关键时刻，它的强度可是数一数二的。
然后就是六方密堆积结构，简称HCP。
这个结构就像是一个立体的蜂窝，原子们在空间中安排得像个大方阵。
镁和钴就是这个派对里的明星，大家彼此之间的距离掌握得恰到好处，感觉特别和谐，简直就是“齐心协力”的最佳体现。
HCP金属虽然不像FCC那么普遍，但它们各自都有独特的魅力。
就像那种低调奢华的朋友，平时不太张扬，但关键时刻总能给你带来惊喜。
不得不提一下金属的变形能力。
金属在受力的时候，就像一个柔韧的橡皮筋，能适当伸展但又不会轻易断裂。
FCC金属在这方面表现得尤为出色，就像那种能从容应对各种挑战的健身达人，不管是什么压力，它们都能稳稳地应对。
金属结晶知识点总结
金属结晶知识点总结一、金属结晶概述金属是由金属元素组成的单一晶体或是由几种金属元素组成的合金。
金属晶体的结构是由金属原子以一定的方式排列组合而成，而金属的结晶结构则是由晶体结构决定的，晶体结构又受到原子间的相互作用力的影响。
金属的结晶结构对金属的性能起着决定性的影响，因此，对金属结晶的研究具有重要的理论和实际意义。
二、金属晶体结构金属的晶体结构可以按照原子排列的周期性进行分类，目前已知的金属结晶结构有十四种。
其中，最常见的金属结晶结构有立方晶系、六方晶系和逆六方晶系。
不同的金属晶体结构对金属的性能影响也不尽相同。
1. 立方晶结构立方晶结构是最简单的金属结晶结构，它的晶胞是一个立方体。
在立方晶结构中，原子的排列是最为紧密的，因此具有较高的密度和硬度。
常见的具有立方晶结构的金属有铝、铜、镁等。
2. 六方晶系结构六方晶系结构也称为六角密堆结构，其晶胞形状为六方柱体。
六方晶系结构中的原子排列方式具有特殊性，因此具有优异的性能。
六方晶系结构的常见金属有锌、钛、镉等。
3. 逆六方晶系结构逆六方晶系结构是六方晶系结构的变体，其晶胞结构类似于六方晶系结构，但是原子的排列方向不同。
逆六方晶系结构中金属的性能与六方晶系结构类似，也具有较好的性能。
三、金属晶体缺陷金属晶体不可避免地存在着各种缺陷，这些缺陷对金属的性能、性质以及应用产生重要的影响。
金属晶体缺陷主要包括晶界、点缺陷和线缺陷。
1. 晶界晶界是指晶粒之间的分界面，是晶体中晶粒之间的分界面。
晶界是金属晶体中的一种特殊结构，具有较高的能量和活性。
晶界对金属的塑性变形和强韧性有着重要的影响，因此研究晶界对金属材料的性能改善具有重要的科学意义。
2. 点缺陷点缺陷是指晶体中原子位置的缺失或错位，包括空位、间隙原子、间隙偏移原子等。
点缺陷对晶体的塑性变形、相变和力学性能具有重要的影响。
点缺陷在金属材料的强化、退变形、晶界迁移等方面起着重要的作用。
3. 线缺陷线缺陷是指晶体中排列有序的原子排列序列中出现的缺陷，包括蠕滑带、蠕滑线、夹层等。
常见的金属晶体结构
第二章作业2－1 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点? V、Mg、Zn 各属何种结构？答：常见晶体结构有3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、2--—7 为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性。
第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注;⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。
答:晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好?试用多晶体塑性变形的特点予以解释。
答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好,即强韧性好。
原因是：（1）强度高：Hall—Petch 公式。
晶界越多，越难滑移. （2）塑性好:晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。
（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴)时,常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天，然后再精加工。
试解释这样做的目的及其原因？答:这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工(钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）? 答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为：TR（W）=（0.4~0。
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第二章作业 2－1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。
答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。
答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。
原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。
晶界越多，越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。
（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天，然后再精加工。
试解释这样做的目的及其原因答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（～×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（～×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工 4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想为什么（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。
答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。
对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法 1、2 都可以，用方法 3 反倒是画蛇添足了。
对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法 3 就是合理的。
经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。
4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。
4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。
越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。
第五章作业 5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。
二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。
三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体组织形状不同，对基体的影响不同。
共同点同属于一个相，晶体结构相同，化学成分相同。
5－4 根据 Fe-Fe3C 相图计算，室温下，分别为％和％的钢中组织组成物的相对量。
答：(1) =% P%·%=% P%=26% ，F%=74% (2) =% P%·%+(1-P%)·%=% P%=% ，Fe3CⅡ％=% 5－5 某仓库中积压了许多退火状态的碳钢，由于钢材混杂不知其化学成分，现找出一根，经金相分析后发现组织为珠光体和铁素体，其中珠光体占 75％。
问此钢的碳含量大约为多少答：＝P%·%＝75％×％＝％ 5－6 现有形状、尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们的碳含量分别为 Wc=%， Wc=%，Wc=， Wc=%的合金。
根据你所学的知识，可有哪些方法区别它们答：测量四块合金的硬度，其硬度随含碳量增加而升高。
观察四块合金的金相，%和 %的合金均为亚共析钢，其组织为珠光体+铁素体，珠光体的量随含碳量增加而增加；%的合金为过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体；%的合金为亚共晶白口铁，其组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。
观察四块合金与砂轮磨出的火花，随着含碳量的增加，流线数量和爆花数量都急剧增多，碳含量超过 %以后，增多的趋势逐渐缓和。
5－7 根据铁碳相图解释下列现象： 1)含碳量 %的钢比含碳量 %的钢硬度高；2)在室温平衡状态下，含碳量为 %的钢比含碳量为 %的钢强度高； 3)室温下莱氏体比珠光体塑性差；答：1) 含碳量 %的钢比含碳量 %的钢硬度高；钢由较软的铁素体和较硬的渗碳体组成，随着含碳量的提高，钢中渗碳体的量提高，因此硬度提高。
2) 在室温平衡状态下，含碳量为 %的钢比含碳量为 %的钢强度高；钢的强度是典型的对组织敏感的性能指标，细密相间的两相组织珠光体具有较高的强度，因此提高珠光体的比例可改善钢的强度，而连续分布在原奥氏体晶界上的二次渗碳体将降低钢的强度。
%的钢中珠光体的比例高于 %的钢，同时 %的钢含有更多的二次渗碳体，故 %的钢比 %的钢强度高。
3)室温下莱氏体比珠光体塑性差；室温下莱氏体 Fe3C+P，即珠光体分布渗碳体相的基底上，而渗碳体基底的脆性极大，莱氏体表现为脆性的，几乎不能塑性变形。
第六章作业 6－1 解释下列名词：1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；答：（1）起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。
（2）实际晶粒度：是指在某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。
（3）本质晶粒度：根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-8 小时）后测定的钢中晶粒的大小。
2）珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体；答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。
索氏体：在 650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
屈氏体：在 600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。
马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和固溶体。
答：奥氏体: 碳在γ Fe 中形成的间隙固溶体. 3）过冷奥氏体、奥氏体、残余奥氏体；过冷奥氏体: 处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。
残余奥氏体：M 转变结束后剩余的奥氏体。
4）淬火、回火、退火、正火、冷处理、时效处理（尺寸稳定处理）；答：退火：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。
正火：将工件加热到 Ac3 或 Accm 以上 30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。
淬火：将钢件加热到 Ac3 或 Ac1 以上 30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。
回火：将淬火钢重新加热到 A1 点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。
冷处理：把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。
时效处理：为使二次淬火层的组织稳定，在110~150℃经过 6~36 小时的人工时效处理，以使组织稳定。
5）淬火临界冷却速度（Vk），淬透性,淬硬性；答：淬火临界冷却速度（Vk）：淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。
淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。
淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。
6）再结晶、重结晶；答：再结晶：金属材料加热到较高的温度时，原子具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。
从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。
和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶” 。
重结晶：由于温度变化，引起晶体重新形核、长大，发生晶体结构的改变，称为重结晶。
7）调质处理、变质处理。
答：调质处理：淬火后的高温回火。
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，从而提高了形核率，细化晶粒。
6-2 如下图所示，T12 钢加热到 Ac1 以上，用图示的各种方法冷却，分析各自得到的组织。
答: a 水中淬火 b 分级淬火 c 油中淬火 d 等温淬火 e 正火 f 完全退火 g 等温退火 M＋Fe3C M＋Fe3C M＋T＋Fe3C B 下＋Fe3C S＋Fe3C P＋Fe3C P＋Fe3C 6-4 将同一棒料上切割下来的 4 快 45 钢试样，同时加热到850℃，然后分别在水、油、炉、空气中冷却，说明：各是何种热处理工艺各获得什么组织排列一下硬度的大小顺序。
答：(1) 水冷：淬火 M (2) 油冷：淬火 M+T (3) 炉冷：退火 P+F (4) 空冷：正火 S+F 硬度顺序：(1)＞(2) ＞(4) ＞(3) 6-5 残留奥氏体对钢淬火后的性能有何影响用什么方法可以减少残留奥氏体的数量答: 残留奥氏体不仅降低了淬火钢的硬度和耐磨性，而且在工件的长期使用过程中，残留奥氏体还会发生转变，使工件形状尺寸变化，降低工件尺寸精度。
用“冷处理”可以减少残留奥氏体的数量。
6－7 甲，乙两厂生产同一批零件，材料均选 45 钢，硬度要求为 220~2250HBW。