晶体的结构和结晶
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金属晶体结晶知识点总结
金属晶体结晶知识点总结一、晶体结晶概念及原子排列规律1. 晶体结晶概念：晶体是由一定种类的原子或者分子按照一定的排列顺序和规则组成的固体物质，具有周期性排列结构和明显的晶体性质。
2. 晶体的原子排列规律：晶体的结晶形式是由原子或分子的周期性排列而形成的，这种排列具有高度规则性和周期性，其排列方式受到晶体内部原子结构和晶体生长条件的影响。
二、晶体的基本结构1. 金属晶体的结构：金属晶体基本结构是由金属离子或原子经过排列而成。
在金属晶格中，金属原子之间由金属键结合，通过电子云间的共享而形成结晶结构。
2. 晶体的晶格：晶体的结构由晶格组成，晶格是由一系列平行排列的基本单元组成的。
晶格在三维空间中构成晶体的结构基础，束缚着晶体材料的原子或离子。
3. 晶体的晶胞：晶体的基本结构单元是晶胞，晶胞是晶体内可以复制整个晶体结构的最小重复单元，是晶体中基本的空间单位。
三、晶体生长1. 晶体生长的条件：晶体生长的条件包括适当的温度、压力和爆发原子。
晶体的生长过程受到物理、化学条件和材料的约束。
2. 晶体的生长方式：晶体生长方式分为固体相生长和溶液相生长两种方式，固体相生长是指晶体在固态材料中生长，溶液相生长是指晶体在溶液中生长。
3. 晶体生长的影响因素：晶体生长过程中受到多种因素的影响，包括溶液浓度、温度、溶液饱和度、晶种的形状和结构等。
四、晶体结构及其性能1. 晶体的结构类型：晶体的结构分为立方晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、六方晶系六种。
2. 晶体结构对性能的影响：晶体的结构类型决定了晶体的物理、化学和机械性能，不同的结构对材料的性能有不同的影响。
3. 晶体的晶格缺陷：晶格缺陷是指晶格中原子位置的缺失、位错、夹杂等现象，这些缺陷会影响晶体的性能和行为。
五、晶体的性能1. 金属的晶体缺陷：金属晶体包括点缺陷、线缺陷、面缺陷等，这些缺陷对金属的力学性能、导电性能和腐蚀性能有重要影响。
2. 晶体的热学性能：晶体的热学性能包括热导率、线膨胀系数、比热容等，这些性能与晶体结构和晶格缺陷有关。
晶体的结构与结晶
（二）、结晶过程 金属的结晶包括两个基本过程：形核与长大。 1. 形核 液态金属内部生成一些极小的晶体作为结晶的核心。生成的 核心叫做晶核。形核有两种方式。 (1) 自发形核 在液态金属中，存在大量尺寸不同的短程有序的原子集团。 当温度降到结晶温度以下时，短程有序的原子集团变得稳定，不 再消失，成为结晶核心。这个过程叫自发形核。这种由液态金属 内部由金属原子自发形成的晶核叫自发晶核。
空位
间隙原子
置换原子
2. 线缺陷 线缺陷指两维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。这就是位错 , 由晶体中原子平面的错动引起。 （1）刃型位错 在金属晶体中，由 于某种原因，晶体的一部分相对于另一部分 出现一个多余的半原子面。 （2）螺型位错 晶体右边的上部点相对于 下部的距点向后错动一个原子间距，即右边 刃型位错 上部相对于下部晶面发生错动。 位错能够在金属的结晶、塑性变形和相变等 过程中形成。
不锈钢中的位错
螺型位错
3. 面缺陷 面缺陷是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。金属 晶体中的面缺陷主要有两种: （1）晶界 晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。 （2）亚晶界 晶粒也不是完全理想的晶体，而是由许多位向 相差很小的所谓亚晶粒组成的。 晶界和亚晶界均可提高金属的强度。 晶界越多, 晶粒越细, 金属的塑性变形能力 越大, 塑性越好。
在晶体学中通常取晶胞角上某一结点作为原点沿其三条棱边作三个坐标轴xyz并称之为晶轴而且规定坐标原点的前右上方为轴的正方向反之为反方向并以棱边长度晶格常数和棱面夹角来表示晶胞的形状和大小引水枢纽萨兰河倒虹吸古河倒虹吸恰里卡尔水电站和扬水站五座建筑物主体结构基本完好但由于自然老化各战争毁坏结构表面有磨损剥蚀弹坑及麻面有些上部结构破坏严重
纯铁的同素异构转变
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。
第三章金属的晶体结构与结晶
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
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
金属的晶体结构与结晶
晶体缺陷并不是静止不变的，而是随着一定 温度和加工过程等各种条件的改变而变动的
第三节、非金属晶体
• 在晶体中，根据原子间的键不同，一般可分为四类主要晶 体，即金属晶体、离子晶体、共价键晶体和分子晶体。
一、离子键
常见的离子晶体结构如氯化钠晶体结构，这种结构基本上是面 心立方晶格,钠离子失去一个电子成为带正电荷的钠离子，氯离 子获得一个电子成为带负电荷的氯离子。形成离子键。 离子键结合力大，离子晶体的硬度高，但脆性大。
第四节，金属结晶
一、 凝固与结晶的概念
物质由液态冷却转变为固态的过程称为凝固。 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。
液态金属与固态金属的主要差别在于：液态金属无 一定形状，易流动，原子间的距离大，但在一定温 度条件下，在液态金属中存在与固态金属的“远程 排列”不同的“近程排列”。
向同性。
2、晶体结构的基本知识
（1）晶格
为了清楚的表明原子在空间的排列规律，人为地将原子看作一个 点，再用一些假想线条，将晶体中各原子的中心连接起来，便形成 了一个空间格子，这种抽象的、用于描述原子在晶体中规则排列方 式的空间几何图形称为结晶格子，简称晶格。晶格中的每个的点称 为结点。晶格中各种不同方位的原子面，称为晶面。
在常温下，晶粒越小，材料的强度越强，塑性、韧性越好
单晶体 其内部的晶格位向完全一致
（二）、晶体的缺陷
晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列受到干扰而破坏，不象理想 晶体那样规则和完整。把这些区域称为晶体缺陷。这些缺陷的存在，对金 属的性能（物理性能、化学性能、机械性能）将产生显著影响，如钢的耐 腐蚀性，实际金属的屈服强度远远低于通过原子间的作用力计算所得数值。
第二章 金属与合金的晶体结构与结晶
第二章 金属与合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。
晶体与非晶体的区别表现在许多方面。
晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。
此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。
在一般情况下的固态金属就是晶体。
一、晶体结构的基础知识（1）晶格与晶胞为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2-1）晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2-1），它具有很高对称性。
（2）晶胞表示方法不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。
结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示，称为晶格常数。
晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。
当棱边a b c ==，棱边夹角90αβγ===︒时，这种晶胞称为简单立方晶胞。
（3）致密度金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
二、三种典型的金属晶格1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。
它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。
属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。
2、面心立方晶格晶胞示意图见图2-2b。
它的晶胞也是一个立方体，立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为4个，其致密度为0.74（原子排列较紧密）。
属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ-Fe等。
3、密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体，原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，晶胞示意图见图2-2c。
其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.74。
属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。
吉林大学工程材料第1章 金属的晶体结构和结晶
由于金属键无方向性及饱和性，使得大部分金 属都具有紧密排列的趋向，以致其中绝大多数的金 属晶体都属于三种密排的晶格形式。
三、金属晶体中常见的三种晶格类型
度量晶体中原子排列的紧密程度的方法：
常用的有配位数、致密度。
A：配位数： 晶格中任一原子周围所紧邻的最近且 等距的原子数。 （定性的）
B：致密度：
表格 1-3 三种典型晶格的密排面和密排方向
晶格类型 体心立方 面心 密排六方
密排面 ｛１１０｝ ｛１１１｝ 底面
密排方向 〈１１1〉 〈１１0〉 底面对角线
以后我们将看到，金属晶格的密排面及密排方向 的确定，对我们研究金属的特性是有重要意义的。
五、晶体的各向异性
对于同一个完整的晶体，当我们从不同方向 上测量某些量时，(如弹性模量E、强度极限 b、 屈服极限 s 、电阻率、磁导率、线胀系数、耐蚀 性等)，将得到不同的数值。如铁(－Fe) 〈111〉方向E=2.80×105MN／m2 〈100〉方向E=1.30×105MN／m2 这就引出一个新的概念：
晶界这种晶体缺陷的存在，是晶体中不同晶格位向相 邻晶粒之间的过渡所形成的面缺陷（如图1-12a）。
（a）
（b）
图1－12 晶界（a）及亚晶界（b）示意图
而亚晶界这种晶体缺陷，是亚晶粒间所存在的微小 晶格位向差形成的面缺陷（如图1-12b）。可以把 它看作是一种位错的堆积或称“位错墙”。
三、晶体缺陷对金属性能的影响
{111}
1 3 0 . 58 6 a2 3 2 a 2
3a 0.29a 6
〈111〉 <111>
1 2 1 1.16 2 a 3a
6a 0.82a 3
规律 ： 原子间彼此相接触的晶面和晶向为最密排的晶面和晶
金属的晶体结构与结晶.
（1）晶粒度对金属力学性能的影响 通常，金属的晶粒越细，力学性能越好。晶
粒细，晶界就多，晶粒间犬牙交错，相互楔合，从 而加强了金属内部的结合力。 （2）细化晶粒的方法
生产中常采用加入形核剂、增大过冷度 、动 力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。
1)加入形核剂
加入金属液中能作为晶核，或虽未能成为晶核但能与液态 金属中某些元 素相互作用产生晶核或有效形核质点的添加剂。
图1-11a 石墨的晶格
图1-11b 渗碳体的晶格
3.机械混合物
机械混合物：即由纯金属、固溶体或化合物按一定 的重量比组成的物质。
机械混物各组成物的原子仍然按自己原来的晶 格形式结合成晶体，在显微镜下可明显区别出各组 成物的晶粒。
机械混合物的力学性能通常介于各组成物之间， 并取决于各组成物的含量、性能、分布和形态。
晶格：为了便于理解和描述晶体中原子排列的规律， 可以近似地将晶体中每一个原子看成是一个点，并 将各点用假想的线连接起来，就得到一个空间骨架， 简称晶格，如图1-4b)所示。
晶胞：即晶格中最小的几何单元。
晶体结构
晶格
晶胞
图１－4 晶体结构示意图
常见的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方 晶格和密排六方晶格等三种类型。 １.体心立方晶格
如碳钢中的珠光体就是由化合物（渗碳体）和 固溶体（铁素体）组成的机械混合物，其力学性能 介于二者之间。
思考题
1.何谓金属结晶？纯金属结晶有哪些基本规律？ 2.生产中常用那些方法细化晶粒？各类方法使晶粒
细化的机理是什么？ 3.试分析纯铁的结晶过程，并指出金属的同素异构
转变与液态结晶的异同点。
返回目录
小时，只能处于溶剂原子的 间隙中，称为间隙固溶体。 如图1-10a所示。如C、H、 O等原子易形成间隙固溶体。
粒细，晶界就多，晶粒间犬牙交错，相互楔合，从 而加强了金属内部的结合力。 （2）细化晶粒的方法
生产中常采用加入形核剂、增大过冷度 、动 力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。
1)加入形核剂
加入金属液中能作为晶核，或虽未能成为晶核但能与液态 金属中某些元 素相互作用产生晶核或有效形核质点的添加剂。
图1-11a 石墨的晶格
图1-11b 渗碳体的晶格
3.机械混合物
机械混合物：即由纯金属、固溶体或化合物按一定 的重量比组成的物质。
机械混物各组成物的原子仍然按自己原来的晶 格形式结合成晶体，在显微镜下可明显区别出各组 成物的晶粒。
机械混合物的力学性能通常介于各组成物之间， 并取决于各组成物的含量、性能、分布和形态。
晶格：为了便于理解和描述晶体中原子排列的规律， 可以近似地将晶体中每一个原子看成是一个点，并 将各点用假想的线连接起来，就得到一个空间骨架， 简称晶格，如图1-4b)所示。
晶胞：即晶格中最小的几何单元。
晶体结构
晶格
晶胞
图１－4 晶体结构示意图
常见的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方 晶格和密排六方晶格等三种类型。 １.体心立方晶格
如碳钢中的珠光体就是由化合物（渗碳体）和 固溶体（铁素体）组成的机械混合物，其力学性能 介于二者之间。
思考题
1.何谓金属结晶？纯金属结晶有哪些基本规律？ 2.生产中常用那些方法细化晶粒？各类方法使晶粒
细化的机理是什么？ 3.试分析纯铁的结晶过程，并指出金属的同素异构
转变与液态结晶的异同点。
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小时，只能处于溶剂原子的 间隙中，称为间隙固溶体。 如图1-10a所示。如C、H、 O等原子易形成间隙固溶体。
02第二章 金属的晶体结构与结晶
组织。
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
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
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。
第一章_晶体结构与结晶
晶Si半导体。
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
晶粒（单晶体）
晶界
1、实际金属中的晶体缺陷
——实际金属晶体结构与理想结构的偏离。
金属晶体结构中存在的不完整区域称为晶体缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三 类，即点、线、面缺陷。
（1）点缺陷：空位、间隙原子、置换原子
（2）线缺陷：位错
2. 1) 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（ No ） 2) 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。（ No ）
3. 1) 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将： a. 越高 b. 越低 c. 越接近理论结晶温度
2) 为细化晶粒，可采用： a. 快速浇注 b. 加变质剂
√ √
位 错 壁 亚晶粒 大角度和小角度晶界
说明：
1、点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲
（晶格畸变），从而使强度、硬度提高，塑性、
韧性下降。 2、位错能够在金属的结晶、相变和塑性变形等过程 中形成，晶体中的位错密度对金属的性能有着极 其重要的影响，减少或是增加位错密度都可以提 高金属的强度。
晶粒（单晶 体） 面缺陷引起晶格畸变， 晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。
四、金属的同素异构性
1.同素异构转变 物质在固态下晶体结构随温度变化的现象。
铁在固态冷却过 程中有两次晶体 结构变化，其变
化为：
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
1394℃
912℃
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方
结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
1）自发形核：又称均质形核，是熔融金属内仅因 过冷而产生晶核的过程。在一定过冷度下，金属 液中的一些原子自发聚集在一 起，按晶体的固 有规律排列起来形成晶核。
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
晶粒（单晶体）
晶界
1、实际金属中的晶体缺陷
——实际金属晶体结构与理想结构的偏离。
金属晶体结构中存在的不完整区域称为晶体缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三 类，即点、线、面缺陷。
（1）点缺陷：空位、间隙原子、置换原子
（2）线缺陷：位错
2. 1) 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（ No ） 2) 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。（ No ）
3. 1) 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将： a. 越高 b. 越低 c. 越接近理论结晶温度
2) 为细化晶粒，可采用： a. 快速浇注 b. 加变质剂
√ √
位 错 壁 亚晶粒 大角度和小角度晶界
说明：
1、点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲
（晶格畸变），从而使强度、硬度提高，塑性、
韧性下降。 2、位错能够在金属的结晶、相变和塑性变形等过程 中形成，晶体中的位错密度对金属的性能有着极 其重要的影响，减少或是增加位错密度都可以提 高金属的强度。
晶粒（单晶 体） 面缺陷引起晶格畸变， 晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。
四、金属的同素异构性
1.同素异构转变 物质在固态下晶体结构随温度变化的现象。
铁在固态冷却过 程中有两次晶体 结构变化，其变
化为：
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
1394℃
912℃
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方
结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
1）自发形核：又称均质形核，是熔融金属内仅因 过冷而产生晶核的过程。在一定过冷度下，金属 液中的一些原子自发聚集在一 起，按晶体的固 有规律排列起来形成晶核。
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
三、同素异构转变
▪ 某些金属在固态下的晶体结构是不固定的，而 是随着温度、压力等因素的变化而变化，如铁、 钛等，这种现象称为同素异晶转变，也称为重 结晶。
▪ 下面以铁为例子来说明同素异晶转变： α-Fe---------γ-Fe-------------δ—Fe-----------L ▪ BCC （912℃） FCC （1394℃） BCC ▪ 金属的同素异晶转变为其热处理提供基础，钢
3.密排六方晶格（ HCP）
▪ 原子排列方式 ▪ 常见金属 ▪ 原子个数 ▪ 原子半径 ▪ 配位数和致密度
在晶胞的十二个角上各有一个原子， 构成六方柱体。上下底面中心各有 一个原子。晶胞内部还有三个原子， 所以叫做密排六方晶格。
具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉 (Cd)、锌(Zn)、铍(Be) 等。
▪ 在元素周期表一共约有110种元素，其中 80多种是金属，占2/3。而这80多种金属 的晶体结构大多属于三种典型的晶体结 构。它们分别是： 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） ▪ 原子排列方式 ▪ 常见金属 ▪ 原子个数 ▪ 原子半径 ▪ 配位数 ▪ 致密度 ▪ 间隙半径
致密度
▪ 晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积 之比称为致密度(也称密排系数)。致密度越大, 原 子排列紧密程度越大。 体心立方晶胞的致密度为：
晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余为 空隙。
体心立方晶格的参数
▪ 体心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c)
原子半径：r 3 a 4
第二章 金属与合金的晶体结构
一、金属晶体结构基础知识
金属由原子组成。原子的结合方式和 排列方式决定了物质的性能。 金属的性能是由其组织结构决定的， 其中结构指的就是晶体结构。 金属的晶体结构就是其内部原子的排 列方式，因为金属是晶体，所以称为晶 体结构。
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晶体的结构和结晶
2.晶胞：晶体中有代表性的最胞 的三个棱边的尺 寸 a、b、c。用 埃（Å）表示。
1Å=10-8cm 各棱间的夹角用
、、表示。
晶体的结构和结晶
四、三种典型的晶体结构： 体心立方、面心立方、密排六方。
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
▪ 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
原子半径：r = 1 a
2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
晶体的结构和结晶
§ 1－2 实际金属的晶体结构
一、 多晶体结构和亚结构 单晶体：晶体材料内部原子规律排列，位向不发 生改变的晶体。 多晶体：由许多晶格位向不同的小晶体构成的晶 体结构，称为多晶体。
位错上半部分原子受压，下半部分原子受拉。离位 错线越近晶格畸变越大，应力越大。
晶体的结构和结晶
▪ 位错密度：单位体积位错线总长度。
▪ = L/V(cm/cm3或1/cm2)
▪ 金属的位错密度为104~1012/cm2 ▪ 位错对性能的影响：以位错线为中心的管道区周
围晶格都发生了畸变，从而阻碍位错的运动，使 材料的强度提高。由于线缺陷的影响面比点缺陷 大的多，因此对材料性能的影响也大的多。 ▪ 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。
A
C B
D
晶界
晶体的结构和结晶
亚晶界
三、合金的晶体结构
1.几个重要概念：
▪ 合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属 元素组成的具有金属特性的物质叫合金。
▪ 组元：组成合金的独立的最基本的单元（一般是 一种元素或一种稳定的化合物）。
▪ 相：金属或合金中，具有相同化学成分，相同结 晶构造，并有明显界面分开的独立组成部分。
位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生有 规律的错排现象。
刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出 半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多 余原子面的边缘就是刃型位错。 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
强 度
晶体的结构和结晶
透射电镜下钛合金中的位错线(黑线)
高分辨率电镜下的刃位错 （白点为原子）
晶体的结构和结晶
③面缺陷（一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域）
㈠ 晶界：多晶体中不同位向晶粒间的交界。小角度晶 界是由相距一定距离的刃型位错组成。大角度晶界原 子排列紊乱，具有非晶态特征。
原子半径：r = 3 a 4
原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等
晶体的结构和结晶
面心立方晶格的参数
晶体的结构和结晶
▪ 面心立方晶格
晶格常数：a
原子半径：r = 2 a
4 原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等
子，也可以是外来原子。
▪ c. 置换原子：
取代原来原子位置的外来原子称置换原子。
晶体的结构和结晶
▪ 点缺陷破坏了原子的平衡状态，引起周围晶格产 生畸变，阻碍原子的移动，必需施加更大的外力， 从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
空位
间隙原子
小置换原子
晶体的结构和结晶
大置换原子
② 线缺陷—（在一维方向上尺寸较大的缺陷)
晶界的重要特性：
1）晶界相互交错，原子排列紊乱，常温下对晶体的滑动 起阻碍作用，从而使晶粒小即晶界多的材料的强度、硬 度高—细晶强化。 2）因原子排列紊乱，能量高，原子易扩散，易受腐蚀。 固态下结构的改变首先从晶界开始。
晶体的结构和结晶
晶晶界体的示结构意和结图晶
㈡ 亚晶界：亚晶粒的交界，位向差小于2º 。
▪ 组织：用肉眼或显微镜观察到的材料的微观形貌。
晶体的结构和结晶
相的基本属性 ▪ 一致的晶体结构和原子排列方式； ▪ 相同的物理、化学性能； ▪ 与周围的非同相物质之间有确定的界面； ▪ 不同的相可予以机械性分离。
晶体的结构和结晶
▪ 2.合金中的基本相 ▪ 根据固态下，合金的组元间作用方式不同，合金
1.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。 2.晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。 3.配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等 的原子数目。
4.致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。
晶体的结构和结晶
体心立方晶格的参数
晶体的结构和结晶
▪ 体心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c)
实际晶体是由许多不同位向小单晶体组成的多晶体。这 些小单晶体叫晶粒，晶粒与晶粒之间的交界叫晶界。 既然实际晶体是多晶体组成，是否还存在着单晶体的各 向异性？为什么？
多晶体由许多晶格位向不同的晶粒组成， 其性能是位向不同晶粒的平均性能，故认为各向同性。
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
二、 晶体缺陷
晶格的不完整部 位称晶体缺陷。 实际金属中存在 着大量的晶体缺 陷，按形状可分 三类，即点、线、 面缺陷。
晶体的结构和结晶
▪ ① 点缺陷 ▪ 空间三维尺寸都
很小的缺陷。 空位 间隙原子 置换原子
晶体的结构和结晶
▪ 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
晶体的结构和结晶
三、晶体中几个基本概念
为描述晶体内部原子的排列，将原子视为刚性球体。 刚性球体—原子浓缩成一个点（空间点阵）—用假 想的直线连接起来，形成空间格子（晶格）—取出 一个有代表性的最小几何单元—单位晶体（晶胞）。
1. 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。
第二章 金属的晶体结构与结晶
第一节 金属的晶体结构 第二节 纯金属的结晶 第三节 合金的结晶 第四节 铁碳合金相图
晶体的结构和结晶
§ 1-1金属的晶体结构
一、晶体的概念 晶体：原子在空间呈长程有序排列的固态物质。 非晶体：原子或分子无规则的堆积在一起的固 态物质。没有固定的熔点，且各向同性。 二、晶体的特征 1、原子在空间呈长程有序排列； 2、是各向异性的； 3、有固定的熔点； 4、有特定的几何外形。
2.晶胞：晶体中有代表性的最胞 的三个棱边的尺 寸 a、b、c。用 埃（Å）表示。
1Å=10-8cm 各棱间的夹角用
、、表示。
晶体的结构和结晶
四、三种典型的晶体结构： 体心立方、面心立方、密排六方。
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
▪ 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
原子半径：r = 1 a
2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
晶体的结构和结晶
§ 1－2 实际金属的晶体结构
一、 多晶体结构和亚结构 单晶体：晶体材料内部原子规律排列，位向不发 生改变的晶体。 多晶体：由许多晶格位向不同的小晶体构成的晶 体结构，称为多晶体。
位错上半部分原子受压，下半部分原子受拉。离位 错线越近晶格畸变越大，应力越大。
晶体的结构和结晶
▪ 位错密度：单位体积位错线总长度。
▪ = L/V(cm/cm3或1/cm2)
▪ 金属的位错密度为104~1012/cm2 ▪ 位错对性能的影响：以位错线为中心的管道区周
围晶格都发生了畸变，从而阻碍位错的运动，使 材料的强度提高。由于线缺陷的影响面比点缺陷 大的多，因此对材料性能的影响也大的多。 ▪ 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。
A
C B
D
晶界
晶体的结构和结晶
亚晶界
三、合金的晶体结构
1.几个重要概念：
▪ 合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属 元素组成的具有金属特性的物质叫合金。
▪ 组元：组成合金的独立的最基本的单元（一般是 一种元素或一种稳定的化合物）。
▪ 相：金属或合金中，具有相同化学成分，相同结 晶构造，并有明显界面分开的独立组成部分。
位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生有 规律的错排现象。
刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出 半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多 余原子面的边缘就是刃型位错。 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
强 度
晶体的结构和结晶
透射电镜下钛合金中的位错线(黑线)
高分辨率电镜下的刃位错 （白点为原子）
晶体的结构和结晶
③面缺陷（一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域）
㈠ 晶界：多晶体中不同位向晶粒间的交界。小角度晶 界是由相距一定距离的刃型位错组成。大角度晶界原 子排列紊乱，具有非晶态特征。
原子半径：r = 3 a 4
原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等
晶体的结构和结晶
面心立方晶格的参数
晶体的结构和结晶
▪ 面心立方晶格
晶格常数：a
原子半径：r = 2 a
4 原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等
子，也可以是外来原子。
▪ c. 置换原子：
取代原来原子位置的外来原子称置换原子。
晶体的结构和结晶
▪ 点缺陷破坏了原子的平衡状态，引起周围晶格产 生畸变，阻碍原子的移动，必需施加更大的外力， 从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
空位
间隙原子
小置换原子
晶体的结构和结晶
大置换原子
② 线缺陷—（在一维方向上尺寸较大的缺陷)
晶界的重要特性：
1）晶界相互交错，原子排列紊乱，常温下对晶体的滑动 起阻碍作用，从而使晶粒小即晶界多的材料的强度、硬 度高—细晶强化。 2）因原子排列紊乱，能量高，原子易扩散，易受腐蚀。 固态下结构的改变首先从晶界开始。
晶体的结构和结晶
晶晶界体的示结构意和结图晶
㈡ 亚晶界：亚晶粒的交界，位向差小于2º 。
▪ 组织：用肉眼或显微镜观察到的材料的微观形貌。
晶体的结构和结晶
相的基本属性 ▪ 一致的晶体结构和原子排列方式； ▪ 相同的物理、化学性能； ▪ 与周围的非同相物质之间有确定的界面； ▪ 不同的相可予以机械性分离。
晶体的结构和结晶
▪ 2.合金中的基本相 ▪ 根据固态下，合金的组元间作用方式不同，合金
1.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。 2.晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。 3.配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等 的原子数目。
4.致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。
晶体的结构和结晶
体心立方晶格的参数
晶体的结构和结晶
▪ 体心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c)
实际晶体是由许多不同位向小单晶体组成的多晶体。这 些小单晶体叫晶粒，晶粒与晶粒之间的交界叫晶界。 既然实际晶体是多晶体组成，是否还存在着单晶体的各 向异性？为什么？
多晶体由许多晶格位向不同的晶粒组成， 其性能是位向不同晶粒的平均性能，故认为各向同性。
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
二、 晶体缺陷
晶格的不完整部 位称晶体缺陷。 实际金属中存在 着大量的晶体缺 陷，按形状可分 三类，即点、线、 面缺陷。
晶体的结构和结晶
▪ ① 点缺陷 ▪ 空间三维尺寸都
很小的缺陷。 空位 间隙原子 置换原子
晶体的结构和结晶
▪ 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
晶体的结构和结晶
三、晶体中几个基本概念
为描述晶体内部原子的排列，将原子视为刚性球体。 刚性球体—原子浓缩成一个点（空间点阵）—用假 想的直线连接起来，形成空间格子（晶格）—取出 一个有代表性的最小几何单元—单位晶体（晶胞）。
1. 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。
第二章 金属的晶体结构与结晶
第一节 金属的晶体结构 第二节 纯金属的结晶 第三节 合金的结晶 第四节 铁碳合金相图
晶体的结构和结晶
§ 1-1金属的晶体结构
一、晶体的概念 晶体：原子在空间呈长程有序排列的固态物质。 非晶体：原子或分子无规则的堆积在一起的固 态物质。没有固定的熔点，且各向同性。 二、晶体的特征 1、原子在空间呈长程有序排列； 2、是各向异性的； 3、有固定的熔点； 4、有特定的几何外形。