金属的结构与结晶
02第二章金属的晶体结构与结晶
02第二章金属的晶体结构与结晶金属晶体结构和结晶是金属学中非常重要的基础知识。
金属的晶体结构是指金属中原子或离子的排列方式，金属的结晶则是指金属从液态或气态转变为固态时，原子或离子按照一定的方式排列形成的晶体。
金属的晶体结构主要有两种：面心立方结构（FCC）和体心立方结构（BCC）。
在面心立方结构中，原子或离子处于正方形的面心位置和体心位置，形成紧密堆积的结构；在体心立方结构中，原子或离子处于正方形的面心位置和立方体中心位置，形成简单堆积的结构。
面心立方结构的特点是具有最高的密度，原子间的相互作用较强，因此具有较高的熔点和较好的导电性能。
典型的面心立方结构金属有铜、铝等。
体心立方结构的特点是具有较低的密度和较大的晶胞，原子间的相互作用较弱，因此具有较低的熔点和较差的导电性能。
典型的体心立方结构金属有铁、钨等。
金属的结晶过程分为凝固和晶体形核两个阶段。
凝固是指金属从液态或气态转变为固态的过程，形核则是指随着温度降低和原子间相互作用增强，形成新的晶胞。
金属的凝固过程受到多种因素的影响，如对流、缺陷和晶界等。
对流是指液态金属在凝固过程中的流动，容易形成非均匀结构；缺陷是指晶体中存在的原子空位或附加原子，对晶体性能有重要影响；晶界是指两个晶粒之间的边界，是金属中弹性较差区域。
金属的结晶方式主要有四种：脱溶结晶、化学结晶、物理结晶和相变结晶。
脱溶结晶是指金属从液态中直接凝固形成晶体，常见于无机盐的结晶；化学结晶是指金属通过化学反应形成固态产物，如金属氧化物的结晶；物理结晶是指金属通过物理方法产生晶体结构，如高温下的拉拔；相变结晶是指金属在相变点附近由液态转变为固态的结晶方式，如冶金过程中的凝固。
金属的晶体结构和结晶对金属的性能和应用有重要影响。
不同的晶体结构和结晶方式会影响金属的导电性、强度、延展性和热处理能力等性能。
因此，深入了解金属的晶体结构和结晶对于金属学的研究和应用具有重要意义。
金相基础-金属结构与结晶
原子半径 0.05 nm
由正离子和共有电子以静电引力键合的形式即为金属键
3. 纯金属的晶体结构
体心立方晶格（如铁素体， Cr , Mo 等） 面心立方晶格（如奥氏体，Ni , Al 等） 密排六方晶格（如 Zn , Mg ,Cd 等）
金属化合物 ，其晶格类型和性能均不同于 任一组元。如渗碳体Fe3C。
Fe---C
Cu---Ni
间隙化合物--- Fe3C
一个碳原子在由6个铁原子构成的正八面体的体心位置 --- Fe3C晶胞结构
三种典型金属结构的晶体学特点
第二节 纯金属及合金的结晶
1. 纯金属 结晶 结晶金属由液态转变为固态的过程，称为凝固，亦称结晶。 过冷度实际结晶温度与理论结晶温度的差値，称为过冷度。 结晶过程分两步： 形 核－晶核的形成以非自发形核为主，如液体变固体：制造半导体
第一章 金相检验基础
第一节 金属与合金的晶体结构 1. “金属”定义和特点
金属是由众多原子（确切地说离子）组成的 集聚状态, 原子的排列有特定的规则。
金属的特征（不透明、高的导电导热性、有 金属光泽、高的强韧性和正的电阻温度系数等） 取决于金属原子的规则排列。 2. “晶体”定义和特点
原子呈规则排列的物质都是晶体。固体金属 都是晶体（部分的非金属也为晶体）。晶体具有 均匀性，各向异性， 固定的熔点，结构对称等 特点。
发达的 柱状晶
第三节 金属性能的分类
金属 性能
物理性能
化学性能
力学性能
工艺性能 #
密度 性
熔点
能 热膨胀
参
导热 数
耐腐蚀 抗氧化
强度 塑性 韧性 疲劳 硬度
金属的晶体结构与结晶
具有规则的几何形状
性能特点
有一定的熔点，性能 没有规则的几何形状 呈各向异性（在各个 没有固定的熔点，性 方向上具有不同的性 能呈各向同性 能） 石英、云母、食盐、 玻璃、蜂蜡、松香、 糖、味精、固态金属 沥青、橡胶
典型物质
二、金属的晶格类型
晶体中原子排列的情况
晶格
●晶格与晶胞 晶格 表示原子在晶体
振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。
三、同素异构转变
金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现象。
纯铁的同素异构转变
912 C
-Fe
-Fe
T
1538
-Fe
1394
-Fe
912
770
-Fe
铁磁性
纯铁冷却曲线图
t
注意：
金属的同素异构转变也是一种结晶的过程， 故又称为重结晶，铁的同素异构转变是钢铁能够 进行热处理的依据。 通过同素异构转变，可使金属在固态下 重组晶粒，获得所需性能，也就是说在不改 变零件尺寸、形状的情况下使其内部组织结 构和性能发生改变。
中排列规律的空间格架
晶胞
能完整反映晶格特征的最小几何单元
晶胞
● 三种常见的金属晶体结构
1.体心立方晶格
2.面心立方晶格
3.密排六方晶格
1.体心立方晶格
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方 体的中心 如：铬Gr、钒V、钨W、钼Mo、铌Nb、 α-Fe等
2、面心立方晶格
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体 的六个面的中心 如：铜Cu、铝Al、铅Pb、镍Ni、γ-Fe等
晶界
2.单晶体与多晶体 只有一个晶粒组成的晶体称 为单晶体，如图所示
金属的结构与结晶
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之 差：ΔT=T0-Tn 。 过冷是结晶的必要条件。 晶核：形成规则排列的原子集团而成 为结晶的核心。晶核分为自发晶核和外 来晶核两种。
2、结晶过程 液态金属中原子结晶的过程，即晶核 不断地形成及长大的过程，直到液态金 属已全部耗尽，结晶过程也就完成了， 如图所示。
金属的结构 与结晶
一 金属的结晶结构
一、晶体与非晶体 1.非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状况 的，称为非晶体。 如：普通玻璃、松香、树脂等。
2.晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质，金 属的固态、金刚石、明矾晶体等。 性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性，非 晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。
(2)变质处理 在浇注时向液态金属中加入一定的变 质剂，起到外来晶核的作用，并能在铸 件的整个体积内都能得到均匀细化的晶 粒。 (3)振动 机械振动、超声波振动、电磁振动等， 造成枝晶破碎，使晶粒数量增加，达到 细化目的。 此外，还可以采用热处理和压力加工的 方法，使固态金属的粗晶粒细化。
二、同素异构转变 大多数金属的晶格类型都是一成不变 的，但是，铁、锰、锡、钛等金属的晶 格类型都会随温度的升高或降低而发生 改变。一种固态金属，在不同的温度区 间具有不同的晶格类型的性质称为同素 异构性。
单晶体：一块晶体就是一颗晶粒(晶格排列 方位完全一致)，如图所示。单晶体必须 专门人工制作，如生产半导体元件的单 晶硅、单晶锗等。
单晶体在不同方向上具有不同性能的现 象称为各向异性。 普通金属材料都是多晶体。多晶体的金 属虽然每个晶粒具有各向异性，但由于 各个晶粒位向不同，加上晶界的作用， 这就使得各晶粒的有向性互相抵消，因 而整个多晶体呈现出无向性，即各向同 性。
3、晶粒大小与机械性能的关系 金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、 硬度愈高，塑性、韧性也愈好。铸造生 产中为了得到细晶粒的铸件，常采取以 下几种方法： (1)加快冷却速度 金属结晶过程中过冷度愈大，结晶推动 力增加，生核速率增长要快一些，故过 冷度愈大，晶粒愈细。薄壁铸件的晶粒 较细，厚大的铸件往往是粗晶，铸件外 层的晶粒较细，心部则是粗晶。
金属材料的结构与结晶
只有当溶质原子尺寸较小，溶剂晶格间隙较大时
才能形成间隙固溶体。
例：Fe和C形成间隙固溶体。
间隙固溶体溶解的溶质数量是有限的。
图2-12（ｂ）
图2-12（ａ）
（2）臵换固溶体：溶质原子占据晶格结点位臵而形 成的固溶体。 （图2-12b）
两组元原子尺寸相近时，易形成臵换固溶体。可形
成有限固溶体和无限固溶体。 例：Cr和Ni等合金元素溶入铁中形成的固溶体为臵
立方晶格中的某些晶面立方晶格中的某些晶面100100面面110110面面111111面面立方晶格中的某些晶向立方晶格中的某些晶向111111向向110110向向在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密不同因此原子结合力也就不同从而在不同的不同因此原子结合力也就不同从而在不同的晶面和晶向上显示出不同的性能这就是晶体具晶面和晶向上显示出不同的性能这就是晶体具有各向异性的原因
1.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。 2.晶胞：反映晶格特征的最小单元。
3. 晶格参数：
晶胞棱边的长度和棱边夹角α、β、γ。
4. 三种典型的金属晶体结构 面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格。 面心立方晶格类型的金属有Cu、Al、Ni等，具有良
好的塑性； 密排六方晶格的金属有 Mg、Zn、Be等
Fe3C组成的机械混合物。
机械混合物的性质，基本上是各组成相性能的
平均值。
35 钢的显微组织
机械混合物P
将黑色部分放大，看到指纹状结构。其中白色
基体是Fe与C形成的固溶体， 含碳0.0218% 体 心立方晶格（称为铁素体F）， 黑色条纹为 渗
碳体（Fe3C）。
黑色部分是F与Fe3C形成的机械混合物，称为
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：
第三章金属的晶体结构与结晶
钢和铁是制造机器设备的主要材料，它们都是以铁和碳为 主而组成的合金，要了解钢和铸铁的本质，首先要了解纯铁的 晶体结构。固态物质按原子的聚集状态分为晶体和非晶体。
§３-1 金属的晶体结构 一、晶体的概念
金属在固态下一般都是晶体。 晶体：原子在空间呈规律性排列的固体物质； 注意：在固态时呈规律性排列，而在液态时金属原子的排列 并不规律。如图3-1（a） 金属的结晶就是由液态金属转变为固态金属的过程。
图3-5 实际金属晶体
在晶界上原子的排列不像晶粒内部那样有规则，这种原子 排列不规则的部位称为晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何特点， 将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。 1. 点缺陷：不规则区域在空间三个方向上的尺寸都很小， 例如空位、置换原子、间隙原子。如图3-6
空位
间隙原子
置换原子
间隙原子
图3-3 面心立方晶格Fra bibliotek 3.密排六方晶格：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。如图3-4
图3-4 密排六方晶格
（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。
§３-2 实际金属的结构 一、多晶体结构
1.铸态晶：液态金属结晶后形成的晶体。将铸锭剖开可以 看到三个不同的晶区： 表面细小等轴晶粒层：组织致密，性能比较均匀一致，无 脆弱晶界面，有良好的热加工性能和力学性能，但易形成缩松。 柱状晶粒区：性能具有方向性；热加工性能较低；组织致 密，空隙和气孔较少，所以沿柱状晶粒的轴向强度高，韧性也 较好。 中心粗大等轴晶粒层：组织不均匀，还存在缩孔，缩松， 夹杂及偏析等缺陷。
图3-9 纯金属冷却曲线
第02章金属的晶体结构与结晶
图2-11 热分析装置示意图
图2-12 纯金属的冷却曲线
2.4.1.3 合金的结晶
合金的结晶过程与纯金属有相似之处，结晶过程都有结 晶潜热放出。不同之处是纯金属的结晶过程总是在某一 恒定温度下进行的，而大多数合金是在某一温度范围内 进行结晶，在结晶过程中各相的成分还会发生变化。所 以二者的冷却曲线是不相同的。
2.4.1.2 纯金属的结晶
用热分析实验来分析纯金属的结晶过程和冷却曲线。
目前，人们多用热分析法配合X射线等手段来研究金属 的结晶过程。热分析实验装置如图2-11所示。用该装置 将纯金属熔化，然后缓慢冷却，在冷却过程中，每隔一 定时间测量一次温度，将记录下来的数据描绘在时间温度坐标图中，便得到纯金属的冷却曲线，如图2-12所 示。
2.3.2.3 面缺陷
面缺陷主要是指晶界和亚晶界，如图2-10(a)、(b)所示。
实际金属一般为多晶体，即由许多位向不同的晶粒组成。 因此在实际金属中有很多晶界存在。由于晶界处原子排 列不规律，偏离平衡位置较多，因此晶格畸变程度较大。 晶界处的抗腐蚀能力较差、熔点较低，且抗塑性变形能 力较强。
除晶界外，晶粒内部是由一些小晶块组成的，它们的晶 格位向有微小的差异，人们把这些小晶块叫做亚晶粒， 亚晶粒之间的界面称为亚晶界。亚晶界处的原子排列不 规则，也存在着晶格畸变。
2.4.1.5 金属的结晶过程 金属的结晶是由两个基本过程组成的，即生出微小的晶 体核心(简称生核)和晶核进行长大(简称为核长大)。 如图2-13所示为金属的结晶过程示意图。结晶开始时， 液体中某些部位的原子集团先后按一定的晶格类型排列 成微小的晶核，以后晶核向着不同位向按树枝生长的方 式长大，当成长的枝晶相互接触时，晶体就向着尚未凝 固的部位生长，直到枝晶间的金属液全部凝固为止，最 后形成了许多小晶粒。
第三章 金属的结晶结构与结晶
二、常见金属的晶格类型
原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两 原子之间距离的一半。
晶胞中所含原子数是指一个晶胞内真正包含的 原子数目。 致密度（K）是指晶胞中原子所占体积分数， 即K = n v′/ V 。
面心立方晶格（fcc晶格）
⑴原子排列特征 面心立方晶格的晶胞如图所示。
⑵晶格常数 a=b=c,α =β =γ =90°。
⑶原子半径
a 4 ⑷晶胞所含原子数 4个原子。
r
。 2
(5)致密度 74%。 (6)具有面心立方晶格的金属：γ -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、 Ag等。
密排六方晶格（hcp晶格）
第二章 金属的晶体结构与结晶
内容
金属的晶体结构 纯金属的结晶 金属的同素异构体 合金的晶体结构 合金的结晶
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，为后续课程的学习做 好理论知识的准备
第一节 金属的晶体结构
一、晶体的基本知识
1、晶体和非晶体
固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为体和非 晶体 晶体两大类。在晶体中，原子（或分子）按一定的几 何规律作周期性地排列 。
第二节
• • • •
纯金属的结晶
凝固与结晶的基本概念 冷却曲线和过冷现象 金属的结晶过程 金属结晶后的晶粒大小
一、 凝固与结晶的基本概念
凝固 物质由液态转变成固态的过程。 结晶 如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规 则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。
物质中的原子由近程有序排列向远程有序排列 的过程。
金属的晶体结构与结晶
✓ 良好的抗磁性等。
34
孕育处理：在液态金属中加入孕育剂或变 质剂，增加晶核的数量或阻碍晶核的长大。
加入人 工晶核
晶粒 细化
35
铝合金中加入钛、锆； 钢水中加入钛、钒、铝； 铁水中加入硅铁、硅钙合金； 铝硅合金中加入钠盐
振动
在金属结晶的过 程中采用机械振动、 超声波振动等方法， 可以破碎正在生长中 的树枝状晶体，形成 更多的结晶核心，获 得细小的晶粒。
棱边为空间坐标轴； b) 以晶格常数为单位，求晶面截距，取倒
数； c) 将各倒数化为最小整数，加圆括号。
（hkl）
晶面族{hkl}
8
晶向指数的确定方法： a) 任选一点为空间坐标系原点，以晶胞三棱边
为空间坐标轴； b) 过坐标原点作一直线，使其平行于待求晶向； c) 读出该方向任意一点的空间坐标值； d) 化为最小整数，加方括号。[uvw] 所有原子排列相同的一族晶向称为晶向族<uvw>
Ni,Mn
13
3)密排六方晶格 a.a夹角1200 n=(1/6) ×12+(1/2) ×2+3=6 密排方向a R=a/2 K=0.74 常见金属：Mg Zn Be
14
四、晶体的各向异性 单晶体：原子排列具有同一位向的晶体。 各向异性：在单晶体中，不同晶向或晶面的原
子密度和分布状态不同，从而导致不同方向 上的性能差异，这种现象叫各向异性。
9
致密度K：晶胞中原子所占体积与该晶 包体积之比。
对原子排列的紧密 程度进行定量比较！
10
三、金属中常见的三种晶体结构
体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格
11
1）体心立方晶格
A=b=c; α=β=γ=900
02第二章 金属的晶体结构与结晶
放大100∼2000倍的组织称高倍组织或显微组织。 在电子显微镜下放大几千∼几十万倍的组织称精细组织或电镜组
织。
显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的
形态、数量、大小和分布的组合。
二、合金的相结构
1、固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之
理工艺的重要依据。
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。
Fe-C二元相图
三元相图
1. 二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用
的是热分析法。
二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1、配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线 上的相变点（停歇点或转折点）。 2、在温度-成分坐标中做成分垂线，将相变点标在成分垂线上 3、将这些相变点连接起来，即得到Cu-Ni相图。
因而细晶粒无益。但晶粒太粗易产生应力集中。因而
高温下晶粒过大、过小都不好。
2.细化晶粒的方法
晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。
单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)。
单位时间内晶核生长的长度
叫长大速度(G)。
N/G比值越大，晶粒越细小。 因此，凡是促进形核、抑制长 大的因素，都能细化晶粒。
第二章 金属的晶体结构 与结晶
不同的金属具有不同的
力学性能，主要是由于材 料内部具有不同的成分、
组织和结构。
第一节 金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属
主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条 件下晶体和非晶体可互相转化。
T= T0 –T1
金属材料纲要第一章金属的结构与结晶 Microsoft Word 文档
金属材料绪论1、金属：由单一元素组成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质。
如：金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。
2、合金：是指由一种金属元素与其它金属元素或非金属元素通过熔炼或其它方法合成的具有金属特性的材料。
3、金属材料是金属及其合金的总称。
4、材料的成分和热处理决定其组织，组织决定其性能，性能决定用途。
第一章金属的结构与结晶§1-1金属的晶体结构1、自然界中绝大多数固态物质是晶体，少数为非晶体。
所有金属都是晶体。
2、晶体：原子呈有序，有规则排列的物质。
例：所有金属，石英，云母，明矾，食盐，糖，味精，硫酸铜。
晶体的性能特点：有规则的几何形状；有固定的熔点；各向异性。
3、非晶体：原子呈无序，无规则堆积的物质。
例：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶。
晶体的性能特点：有规则的几何形状；有固定的熔点；各向异性。
4、晶格：能反映原子排列规律的空间格架。
晶胞：能完整反映晶体晶格特征的最小几何单元。
5、晶格类型体心立方晶格α—Fe 、钨（W）、钼（Mo）晶格类型面心立方晶格γ—Fe、金（Au）、银（Ag）、铜、铝、密排六方晶格镁、锌金刚石和石墨都是由碳原子组成，但由于晶格结构不同性能差异巨大。
6、金属由许多小晶粒组成，晶粒之间的交界称为晶界。
晶界越多金属材料的力学性能越好。
7、单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。
单晶体必须人为制造。
表现为各向异性。
多晶体：普通金属材料都是多晶体。
整个多晶体表现为各向同性。
8、晶体缺陷：晶体中原子紊乱排列的现象称为晶体缺陷。
它在塑性变形和热处理中起重要作用。
点缺陷：空位原子、间隙原子、置代原子晶体缺陷线缺陷：刃位错面缺陷：晶界、亚晶界§1-2 纯金属的结晶1、结晶：生产中金属的凝固过程就是结晶。
结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体（晶体）状态的过程。
结晶潜热：结晶过程中放出的热量称为结晶潜热。
2、过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
过冷度与冷却速度有关 ，冷却速度越快过冷度越大。
金属的结构与结晶
金属的结构与结晶§1-1 金属的晶体结构★学习目的：了解金属的晶体结构★重点: 有关金属结构的基本概念：晶面、晶向、晶体、晶格、单晶体、晶体，金属晶格的三种常见类型。
★难点：金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响。
一、晶体与非晶体1、晶体：原子在空间呈规则排列的固体物质称为“晶体”。
（晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结晶。
）规则几何形状性能特点：熔点一定各向异性2、非晶体：非晶体的原子则是无规则、无次序的堆积在一起的（如普通玻璃、松香、树脂等）。
二、金属晶格的类型1、晶格和晶胞晶格：把点阵中的结点假象用一序列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。
晶胞：构成晶格的最基本单元2、晶面和晶向晶面：点阵中的结点所构成的平面。
晶向：点阵中的结点所组成的直线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。
（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。
点阵：阵点（或结点）在空间的排列方式称晶体。
）晶胞晶面晶向3、金属晶格的类型是指金属中原子排列的规律。
7个晶系 14种类型最常见：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格（1）、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 )。
属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe所含原子数 1/8×8+1=2（个）（2）、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等所含原子数 1/8×8+6×1/2=4（个）（3）、密排六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
属于这种晶格的金属有铍（Be）、Mg、Zn、镉（Cd）等。
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
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金属的结构与结晶
一、判断题
1、非晶体具有各向同性的特点。
( )
2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。
( )
3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。
( )
4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。
( )
5、单晶体具有各向异性的特点。
( )
6、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。
( )
7、组成元素相同而结构不同的各金属晶体，就是同素异构体。
( )
8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。
( )
9、金属的同素异构转变也是一种结晶过程。
( )
10、非晶体具有各异性的特点。
( )
11、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。
( )
12、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。
( )
13、金属分为黑色金属和有色金属。
( )
14、大多数晶格的晶粒都是固定不变得。
( )
15、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。
( )
16、金属材料是金属及其合金的总称。
( )
17、最常用的细化晶粒的方法是变质处理。
( )
18、金是属于面心立方晶格。
( )
19、银是属于面心立方晶格。
( )
20、铜是属于面心立方晶格。
( )
21、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。
( )
22、晶粒间交接的地方称为晶界。
( )
23、晶界越多，金属材料的性能越好。
( )
24、结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。
( )
25、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。
( )
26、金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程组成。
( )
27、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。
( )
28、晶体缺陷有点、线、面缺陷。
( )
29、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。
( )
30、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。
( )
31、晶体有规则的几何图形。
( )
32、非晶体没有规则的几何图形。
( )
33、铝具有密度小熔点低导电性导热性好的性能特点。
( )
34、面缺陷有晶界和亚晶界两大类。
( )
35、普通金属都是多晶体。
( )
36、物质是由原子和分子构成的。
( )
37、所有金属都是晶体。
( )
38、金属的同素异构转变也是一种结晶过程， 故又称为重结。
( )
39、常见的三种金属晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。
( )
40、即使是相同的原子构成的晶体， 只要原子排列的晶格形式不同， 则他们之间 的
性能就会存在很大的差别。
( )
41、晶粒间交界的地方称为晶粒。
( )
42、点缺陷分有间隙原子，空位原子和置代原子 3 大类。
( ) 二、选择题
1、a-Fe 是具有 ( ) 晶格的铁。
A 、体心立方 B 、面心立方 C 、密排立方
2、纯铁在 1450摄氏度是具有 ( ) 晶格，在1000摄氏度时具有 ( ) 晶格， 在 600 摄氏度时具有 (
) 晶格。
A 、 a-Fe
B 、 y-Fe
C 、 &-Fe
3、 a-Fe 转变为 y-Fe 时的温度为 ( ) 摄氏度。
A 、 770 B 、 912 C 、 1538
4、物质是由原子和 ( ) 构成。
A 、质子 B 、分子 C 、铜子
5、 原子其存在形式为液态、气态和 ( ) 。
A 、 固态
B
、气态
C
、 物态
6、 所有金属都是 ( ) 。
A 、非晶体 B 、晶体 C 、固晶体
7、 ( ) 是原子呈有序、有规则排列的物质。
A 、晶体
B 、非晶体
C 、晶格
8、 ( ) 具有规则的几何图形。
A 、晶体
B 、非晶体
C 、晶格
9、 原子的最小单元是 ( ) 。
A 、晶格 B 、晶体 C 、晶胞
10、
( ) 的原子呈无序、无规则堆积的物质。
A 、晶体
B 、非晶体
C 、晶格 11、 非晶体没有规则的 ( )。
A 、 几何图形
B 、几何元素
C 、几何位置 12、体心立方晶格有 ( ) 个顶
点。
A 、 6
B 、 8
C 10
13、面心立方晶格有 ( )
个顶点。
A 、 6
B 、 8
C
10
14、常见的晶体缺陷不包括( ) 。
A、点缺陷 B 、线缺陷C 面缺陷D 断裂
15、晶粒间交界的地方称为( ) 。
A、晶粒 B 、晶界C 、晶格
16、金(Au)是( ) 。
A体心立方晶格 B 、面心立方晶格 C 、密排六方方晶格17 、只有一个( ) 组成的晶体称为单晶
体。
A、晶粒 B 、晶格C 、晶界
18、晶体缺陷有() 大类。
A、3 B 、4 C 、5
19、点缺陷有( ) 大类。
A、3 B 、4 C 、5
20、铁是( ) 。
A体心立方晶格 B 、面心立方晶格、 C 、密排六方方晶格21、银是( ) 。
A体心立方晶格 B 、面心立方晶格、 C 、密排六方方晶格
22、石英属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
23、云母属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
24、明矾属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
25、食盐属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
26、蔗糖属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
27、味精属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
28、玻璃属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
29、蜂蜡属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
30、松香属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
31 、沥青属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格
32、橡胶属于( ) 。
A、晶体 B 、非晶体 C 、晶格。