金属的性能、结构与结晶
化学金属晶体知识点总结
化学金属晶体知识点总结一、金属晶体的基本概念金属晶体是由金属原子以一定规律排列组成的固体结构。
金属晶体具有一些特点，如具有金属典型的电性能、热性能和光学性能，同时还具有良好的延展性、韧性和导电性。
二、金属晶体的结构金属晶体的结构是由金属原子通过化学键相互连接而形成的。
金属晶体的结构有多种类型，其中最常见的是面心立方晶体结构和体心立方晶体结构。
金属晶体的结构对金属的性能具有重要影响，比如面心立方晶体结构使得金属具有优良的导电性和导热性，而体心立方晶体结构使得金属具有良好的韧性和延展性。
三、金属晶体的性能1. 导电性：金属晶体中的自由电子能够在晶体结构中自由传导，因此金属具有良好的导电性能。
2. 导热性：金属晶体中的自由电子能够在晶体结构中迅速传递热量，因此金属具有良好的导热性能。
3. 延展性：金属晶体中的金属原子之间的化学键相对较弱，因此金属具有良好的延展性能，可以被拉伸成细丝或者铺展成薄片。
4. 韧性：金属晶体中的金属原子之间的化学键相对较强，因此金属具有良好的韧性能，可以经受一定的外力而不易断裂。
5. 耐腐蚀性：金属晶体中的化学键特点使得金属具有一定的抗腐蚀性能，可以抵御外界腐蚀物质的侵蚀。
四、金属晶体的制备金属晶体的制备方法有多种，常见的包括熔融法、沉淀法、溶胶-凝胶法等。
熔融法是通过将金属加热至熔点后冷却凝固成固体晶体；沉淀法是通过将金属盐溶液中加入适量还原剂使金属物质析出，然后经过洗涤、干燥等处理制备金属晶体；溶胶-凝胶法是通过将金属盐加入溶液中形成凝胶后再经过热处理的方法制备金属晶体。
五、金属晶体的应用金属晶体广泛应用于工业生产中，主要包括金属材料、金属合金、金属催化剂等。
金属材料广泛用于航空航天、汽车制造、机械加工等领域；金属合金具有优异的物理性能和化学性能，用于制备高强度、高耐热、高耐腐蚀的材料；金属催化剂广泛用于化工生产中的有机合成、空气净化等领域。
总的来说，金属晶体是由金属原子组成的固体结构，在工业生产和科研领域有重要应用。
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。
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
亚晶界:实际金属晶体内部，晶粒内原子排列也不完全理想 的规则排列，也存在很小位向差的小晶块，即亚晶 粒，亚晶粒的交界即亚晶界。
在实际晶体中，这三种缺陷随加工条件变化而变化，可产 生、发展，也可消失，对材料性能有很大影响。
常见的利用增加材料的缺陷，提高强度的方法
第二章 金属的晶体结构与结晶
金属特性与金属键 金属的晶体结构 实际金属结构 金属的结晶 金属铸锭组织
一、金属特性与金属键
原子的构造
①金属原子的最外层轨道电子少。 ②金属原子易失去电子而成为正离子。 ③金属键
金属正离子与自由电子间的静电作用， 使金属原子结合起来形成金属整体。
金属特性
关系
①优良的导电性和导热性。 ①导电：在电势作用下，自由
②不透明和具有金属光泽。
电子定向移动；
③较高的强度和较好的塑性。②正的电阻温度系数：
④正的电阻温度系Βιβλιοθήκη 。T↗，离子振动↗，电子运动阻力↗ ③塑性：金属中离子与电子间能保
持一定的相对关系。
二、金属的晶体结构
1. 晶体的基本知识
晶体与非晶体 晶体：内部原子在空间呈一定的有规则排列，具有固定熔 点和各向异性。(金刚石、盐) 非晶体：内部原子是无规则堆积在一起的。没有固定的熔 点，具有各向同性。(玻璃、石蜡)
晶格(点阵) 表示晶体中的原子(正离子)排列方式的空间几何体。 假设：A.金属中的原子(正离子)都是刚性小球； B.金属中的原子都缩小为一个点，线将点连 接起来，线与线的交点为节点。
晶胞：表示晶格几何特征的最小几何单元。 (1)晶格常数: 棱边长度 (a,b,c)，单位A0(10-10m) ; 轴间夹角 (α、β、γ ） (2)晶面、晶向 : 晶面：在晶体中通过原子中心的平面,用晶面指数表示。
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。
第二章 纯金属的结晶
界面-密排面
小平面界面
2） 粗糙界面：
以原子尺寸观察时，固相界 面上的原子高低不平，犬牙 交错分布。 微观上：平整
第二章
纯金属的结晶
第一节 金属的结晶现象
1、概念：
由液态转变为固态的过程，称凝固。如果转变成的固态是 晶体，这个过程就是结晶。
特点：(2个) 1）存在过冷现象和过冷度： 过冷现象：由热分析法测得纯金属的冷却曲线
看出：金属结晶前，温度连续下降，冷却到理论结晶温度 Tm（熔点）时，并未结晶，需继续冷却到Tm之下某一温度 Tn（实际结晶温度）时，才开始结晶，此过程称过冷现象。
N2：受原子扩散能力影响的形核率因子。温度越 高，原子的扩散能力越大，则N2越大。
N、N1、N2与温度关系的示意图如下：
由图ａ：△Ｔ↗→Ｔ↘→Ｎ１↗，△Ｔ↘→Ｔ↗→Ｎ2↗， 即结晶刚开始，Ｎ随△Ｔ的增大而增大；超过极大值时，Ｎ 又随△Ｔ的增大而减小 大多数金属的形核率总是随过冷度的增大而增大，如图ｂ。 在开始一段过冷度范围内，几乎不产生晶核；当降低到某一 温度，形核率急剧增加，对应温度称有效成核温度。
过冷度：金属的实际结晶温度Tn与理论结晶温度Tm之差，
称过冷度，以△T表示。△T=Tm－Tn；
结晶的必要条件：有一定过冷度
影响过冷度的因素：
金属的本性：金属不同，过冷度不同；
金属的纯度：纯度越高，过冷度越大； 冷却速度：冷却速度越大，过冷度越大， 实际结晶温度越低；
绪论,第一章金属的结构与结晶
73
1、过冷现象：金属的实际结晶温度低于 理论结晶温度（熔点）。 2、过冷度：金属的理论结晶温度Tm与实 际结晶温度Tn之差。 △T=Tm-Tn>0 3、同一成分的金属，冷却速度愈大，则 过冷度也愈大。 4、临界过冷度（△Tk）：过冷度有一最 小值，若过冷度小于这个值，结晶过程 就不能进行。
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(二)结晶过程的微观现象
原子密度最大的晶面是（111），
晶向是［110］。
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(四)晶体的各向异性
由于晶体中不同晶面和晶向上的原子 密度不同，因而晶体在不同方向上的性能 有所差异。 如冷轧硅钢片，当易于磁化的〈100〉 晶向平行于轧制方向时，得到优异的磁导 率。
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§ 1-2金属的实际结构和缺陷
一、多晶体结构 1、单晶体：内部的晶格位向完全一致的 晶体。
九江长江大桥 : 跨度216 米,始建于 1973年12月，1992年公路桥建成通车，
3
§0-2 影响金属材料性能的因素 一、化学成分 组成金属材料的各种元素的种类及其浓 度（一般用重量百分数）。 成分 铝 抗拉强度(MPa) 20-80 延伸率 （%） 32-40
铜
纯铁
200-240
250-330
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3、显微组织：用100-2000倍的显微镜所观 察到的组织。（反映了晶粒的种类、形状、 大小以及各种晶粒的相对数量和相对分布）
通常所说的组织就是指显微组织。
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第一章
金属的结构与结晶
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§1-1金属的晶体结构 一、晶体的概念 1、晶体：原子(离子)呈规则排列的物质。 2、晶体结构（结构）：构成晶体的原子在 三维空间的具体的排列方式。 3、晶格：表示晶体中原子排列形式的空间 格子。 建立：原子简化成点，用假想线连接点。
金属材料性能与晶体结构关系密切
金属材料性能与晶体结构关系密切引言：金属材料是一种广泛应用于工程领域的材料，具有优异的力学性能、导电性能和导热性能。
而这些性能与金属材料的晶体结构密切相关。
本文将详细介绍金属材料的晶体结构和相关性能的关系，包括力学性能、导电性能和导热性能等。
通过深入了解这种关系，可以为金属材料的设计和应用提供理论指导。
一、晶体结构对金属材料力学性能的影响晶体结构是金属材料内部原子之间的排列方式。
金属材料的力学性能，如强度、韧性和塑性等，与晶体结构有着密切的关系。
1. 晶体结构对金属的强度影响金属材料的强度取决于其晶体结构。
晶体中原子的排列方式影响了金属材料的结晶边界和晶界的数量和分布。
晶界对应力的传递和材料的变形起到重要作用。
例如，纯度高、晶粒细小且均匀分布的金属具有较大的结晶边界和晶界面积，这些结构特点使得金属材料具有高强度和良好的机械性能。
2. 晶体结构对金属的韧性影响韧性是金属材料抵抗断裂的能力。
晶体结构对金属材料的韧性有重要影响。
盐式结构和面心立方结构的金属通常具有较好的韧性。
这是因为这些结构具有较高的晶体对层间滑移的容许性，使得金属材料在受力时能够发生微观塑性变形，从而增强了其韧性。
3. 晶体结构对金属的塑性影响晶体结构对金属材料的塑性起到至关重要的作用。
例如，面心立方结构的金属通常具有良好的塑性，因其具有多个可滑移的晶面和晶向。
滑移是材料发生塑性变形的重要机制，面心立方结构的金属由于滑移位错能多，易于变形，具有较好的塑性。
二、晶体结构对金属材料导电性能的影响金属材料晶体结构的特点决定了其导电性能。
晶体结构影响了电子在金属中的移动性和导电性。
1. 金属材料的电子在特定能级上自由移动金属的导电性能基于其电子在能带中的自由移动。
晶体中的离子排布使得金属材料内部具有自由电子。
金属晶体的特殊构造使得电子在金属内部能够较容易地从一个原子跃迁到另一个原子。
这种电子的自由移动性使得金属材料具有良好的导电性能。
2. 导电性与晶体结构的关联一些晶体结构对金属材料的导电性能有着直接影响。
金属材料的基础知识
抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；
金属所有知识点总结
金属所有知识点总结一、金属的基本性质1. 金属的结构和成分金属的晶体结构通常是紧密堆积的球形原子构成的各向同性结构。
金属的晶体结构通常是面心立方结构（如铝、铜、铂等金属）、体心立方结构（如铁、钒、钽等金属）或者简单立方结构（如钾、银、钠等金属）。
2. 金属的物理性质金属的物理性质主要包括金属的硬度、导电性、导热性、光泽和延展性。
金属通常具有较好的硬度和刚性，同时具有良好的导电导热性能。
此外，金属通常具有光泽并且可以被延展成薄片并制成不同形状。
3. 金属的化学性质金属的化学性质主要包括金属的化学活性、与其他物质的反应性以及在化学反应中的离子性等特点。
大部分金属具有较强的还原性，可以与非金属元素形成氧化物或盐等化合物。
同时，金属通常在化学反应中以正离子的形式存在。
4. 金属的熔点和沸点金属的熔点和沸点是金属固态、液态和气态状态的转变温度。
金属通常具有较高的熔点和沸点，能够在一定的温度下形成稳定的固态结构。
二、金属的种类根据金属的晶体结构和性质，可以将金属分为不同的类别，主要包括有色金属、贵金属、稀有金属、黑色金属等不同类别。
1. 有色金属有色金属是指具有明显颜色的金属，包括铜、铝、镍、锌、铅等。
有色金属通常具有良好的导电导热性能，并且在电子工业、建筑工业和航空航天等领域有广泛的应用。
2. 贵金属贵金属是指珍贵且稀有的金属，包括金、银、铂、钯、铱等。
贵金属通常具有良好的稳定性和化学反应性，因此被广泛用于首饰、电子产品、化工催化剂等方面。
3. 稀有金属稀有金属是指地壳中含量较少的金属，包括钨、锆、铌、钽等。
稀有金属通常具有高熔点和高硬度，被广泛应用于合金、耐磨材料、电子器件等方面。
4. 黑色金属黑色金属主要指铁、锰、铬、钴等。
黑色金属具有较高的熔点和较好的磁性，广泛应用于冶金、机械加工、建筑结构等领域。
三、金属的应用领域金属在现代社会的生产生活中有着广泛的应用。
1. 金属材料金属材料是工程技术中使用最广泛的材料之一，用于制造机械设备、汽车船舶、建筑结构等。
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。
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§1.1 金属的特征
金属材料 以金属键方式结合，从而使金属材料具 有以下特征：
良好的导电、导热性： 自由电子定向运动〔在电场作用下〕导电、
〔在热场作用下〕导热。 正的电阻温度系数：
金属正离子随温度的升高，振幅增大，阻碍自 由电子的定向运动，从而使电阻升高。 不透明，有光泽：
自由电子容易吸收可见光，使金属不透明。自 由电子吸收可见光后由低能轨道跳到高能轨道， 当其从高能轨道跳回低能轨道时，将吸收的可见 返回
非晶体
蜂蜡、玻璃 等。
液体
§1.2 金属的 晶体构造
扩大知识
• 微晶：快速凝固的晶态金属或合金的颗粒尺寸要 小得多，仅为微米纳米级尺度，高强度高硬度；
• 准晶：在晶体内部的原子长程有序，介于晶体和 非晶体之间；
• 液晶：二维长程有序。
返回
§1.2 金属的 晶体构造
z
c
a
x
y b
d 晶胞
a 原子堆垛模型
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第一章 金属的构造与结晶
§1.1 金属的特征 §1.2 金属的晶体构造 §1.3 实际晶体中的缺陷 §1.4 金属的结晶过程 §1.5 晶粒大小控制
c
a
X
b
Y
§1.2 金属的 晶体构造
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 4 原子半径： 致密度：0.74
返回
§1.2 金属的 晶体构造
晶格常数 密排六方晶格 C〔石墨〕、Mg、Zn 等 底面边长a
第1章金属的力学性能与结构-2
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金属的结构 —— 晶格类型 第1章 18
金属的结构 —— 晶格类型 第1章
密排六方晶格： 晶胞是一个六方柱体，柱体上、下底面六个角及中心
各有1个原子，分别为相邻六晶胞和两晶胞共有；柱体 中心有3个独享原子，故晶胞实际原子数为6个；
形成：
与非金属比，金属原固子体外金层属价就是电依子靠数这目些少自，由1 电~ 2个； 价电子与原子核结合子力与弱正，离极子之易间脱的离吸；力，正离
子之间及电子之间的斥力相互
金属原子形成晶体时平，衡失结去合价成为电晶子体，的成。为正离子；
正离子按一定几何规则排列，作高频(1014次/S)振动；
脱离原子核的价电子成为自由电子在正离子间高速穿梭， 为金属晶体中全体原子所公有，形成电子云；
晶体结构示意图
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金属的结构 —— 晶体结构的基本概念 第1章
晶向
晶面
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金属的结构 —— 晶格类型 第1章
晶格的类型
按晶胞的三条棱边是否相 等、三个夹角是否相等以 及是否为直角关系，晶体 学将所有晶体分为7个晶 系，14种空间点阵，即
布喇菲空间点阵
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金属的结构 —— 晶格类型 第1章
体心立方晶格： 晶胞是一个立方体，立方体的八个角上各有一个原子 (与其它晶胞共有)，立方体中心还有一个原子；
机械工程概论
Introduction to mechanical engineering
张力菠 zlbzhang@ 南京航空航天大学经济与管理学院
第1章 金属力学性能与结构 第1章 工程材料的分类 工程材料的主要性能 金属的力学性能 金属的结构与结晶 2
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
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。
化学金属细节知识点总结
化学金属细节知识点总结金属元素的特性1. 金属元素的晶体结构：金属元素通常具有紧密的结晶结构，其原子之间通过金属键相互连接。
金属键是一种特殊的化学键，是由金属原子之间的电子云共享形成的。
金属键的存在使得金属元素具有良好的导电性和导热性，因为电子在金属中可以自由流动。
2. 金属元素的物理性质：金属元素通常具有良好的延展性和韧性。
这是由于金属元素的结晶结构和金属键的存在使得金属元素可以在受力作用下发生塑性变形，而不易断裂。
此外，金属元素的延展性还使得金属可以被拉成细丝或者轧制成薄片。
3. 金属元素的化学性质：金属元素通常具有较强的还原性，能够失去电子形成阳离子。
此外，金属元素在化学反应中通常是电负性较低的，因此通常表现出氧化性。
金属元素的化学反应1. 金属的氧化反应：金属在空气中与氧气发生氧化反应，产生金属氧化物。
金属氧化物通常是碱性或者弱碱性的，可以与酸发生中和反应，生成盐和水。
2. 金属的酸反应：金属与酸发生反应，生成氢气和相应的盐。
3. 金属的碱反应：金属与碱发生反应，生成氢气和相应的盐。
4. 金属的还原反应：金属在一些化学反应中可以发生还原反应，失去电子形成阳离子。
例如，金属可以与一些金属离子发生置换反应，生成新的金属和金属离子。
金属元素的应用1. 电工材料：金属元素具有良好的导电性和导热性，因此广泛应用于电线、电缆、电路板等电器材料中。
2. 结构材料：金属元素通常具有较好的机械性能，因此广泛应用于建筑结构、汽车、航空航天器等领域。
3. 金属合金：金属元素可以与其他元素合金化，形成具有特定性能的金属合金。
金属合金具有较好的性能，广泛应用于各种领域。
4. 化学催化剂：一些金属元素及其化合物具有较好的催化活性，被广泛应用于化学反应中。
总之，金属元素是化学中重要的一类元素，具有独特的物理化学性质及广泛的应用价值。
对金属元素的深入了解不仅有助于深入理解化学原理，同时也能够为金属材料的应用提供理论指导。
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第一章 金属的性能一、填空（将正确答案填在横线上。
下同）1、金属材料的性能一般分为两类。
一类是使用性能，它包括—————————、、————————和—————————等。
另一类是工艺性能，它包括————————、、————————、————————和————————等。
2、大小不变或变化很慢的载荷称为———载荷，在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为—————载荷，大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为—————载荷。
3、变形一般分为—————变形和—————变形两种。
不能随载荷的去除而消失的变形称为—————变形。
4、强度是指金属材料在————载荷作用下，抵抗———————或—————的能力。
5、强度的常用衡量指标有——————和———————，分别用符号———和———表示。
6、如果零件工作时所受的应力低于材料的———————或——————————，则不会产生过量的塑性变形。
7、有一钢试样其截面积为100mm 2，已知钢试样的MPa S 314=σMPa b 530=σ 。
拉伸实验时，当受到拉力为——————试样出现屈服现象，当受到拉力为——————时，试样出现缩颈。
8、断裂前金属材料产生——————的能力称为塑性。
金属材料的——————和——————的数值越大，表示材料的塑性越好。
9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距长度为79mm ，缩颈处的最小直径为4.9 mm ，此材料的伸长率为—————，断面收缩率为——————。
10．金属材料抵抗————载荷作用而—————————能力。
称为冲击韧性。
11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点———，抗拉强度————，洛氏硬度C 标尺————，伸长率———，断面收缩率————，冲击韧度————，疲劳极限————。
二、判断（正确打√，错误打×。
下同） 1、弹性变形能随载荷的去除而消失。
（ ）2、所有金属材料在拉伸实验时都会出现显著的屈服现象。
（ ）3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。
（ ）4、洛氏硬度值无单位。
（ ）5、做布氏硬度实验时，当实验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。
（ ）6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性。
（ ）7、布氏硬度测量法不宜于测量成品及较薄零件。
（ ）8、洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的压痕深度得出的。
（ ） 9、铸铁的铸造性能比钢好，故常用来铸造形状复杂的工件。
三．选择（把正确答案填入括号内。
下同）1、拉伸实验时，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（ ）。
A.屈服点 B.抗拉强度 弹性极限2、做疲劳实验时，试样承受的载荷为（ ）A.静载荷B.冲击载荷. C交变载荷3、洛氏硬度C标尺所用的压头是（）A.．淬硬钢球B.金刚石圆锥体C.硬质合金球4．金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（）A.．塑性B.硬度C.强度5．用拉伸实验可测定材料的（）性能指标。
A.．强度B.硬度C.韧性四．名词解释1．弹性变形与塑性变形2．疲劳极限与抗拉强度五．简述1．画出低碳钢力—伸长曲线，并简述拉伸变形的几个阶段。
2．什么是塑性？塑性对材料的使用有什么实用意义？第二章金属的结构与结晶一、填空1．原子呈无序堆积状况的物体叫————————。
原子呈有序有规则排列的物体称为———————。
一般固态金属都属于———————。
—2．在晶体中由一系列原子组成的平面，称为——————。
通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的——————的直线，称为——————。
3．常见的金属晶格类型有————————、———————和———————三种。
铬属于———————晶格，铜属于———————晶格，锌属于———————晶格。
4．金属晶体结构的缺陷主要有——————、——————、——————、——————、——————和——————等。
晶体缺陷的存在都会造成——————，使——————增大，从而使金属的——————提高。
7．————————与———————之差称为过冷度。
过冷度的大小与———————有关，———————越快，金属的实际结晶温度越———————，过冷度也就越大。
8．金属的结晶过程是由——————和———————两个基本过程组成的。
9．金属在————态下，随温度的改变，由——————转变为———————的现象称为同素异构转变。
二、判断2．非晶体具有各向同性的特点。
（）3．体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心。
（）4．金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。
（）5．金属结晶时过冷度越大。
结晶后晶粒越粗。
（）6．一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。
（）8．单晶体具有各向异性的特点。
（）9．在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。
（）10．同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律。
（）11．金属发生同素异构转变时要放出热量，转变是在恒温下进行的。
（）三、选择1．α—Fe是具有（）晶格的铁。
A．体心立方 B. 面心立方 C.密排六方2．纯铁在1450℃时为（）晶格，在1000℃时为（）晶格，在600℃时为（）晶格。
A.体心立方 B.面心立方 C.密排六方3．纯铁在700℃时称为（），在1000℃时称为（），在1500℃时称为（）。
A．α—Fe B.γ—Fe C.δ—Fe五．简述3．如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸铁晶粒的大小。
（１）金属模浇注与砂型浇注（２）铸成薄件与铸成厚件（３）浇注时采用振动与不采用振动4．写出纯铁的同素异构转变式。
第三章金属的塑性变形与再结晶一、填空1．金属材料经压力加工变形后，不仅改变了———————，而且改变了——————。
2．弹性变形的本质是外力克服———————，使原子间距发生发生改变。
3．多晶体内晶界对塑性变形有较大的——作用，这是因为晶界处原子排列比较——，阻碍了——的移动，所以晶界越多，多晶体的————越大。
4．实践证明，再结晶温度与金属变形的程度有关，金属的变形程度越大，再结晶温度越——。
5.从金属学观点来说，凡在————温度以下进行的加工称为—————在—————温度以上进行的加工称为。
————二、判断1．一般来说，晶体内滑移面和滑移方向越多，则金属的塑性越好。
（）2．实际上滑移是借助于位错的移动来实现的，故晶界处滑移阻力最小。
（）3．塑性变形只改变金属的力学性能。
（）4．回复时，金属的显微组织没有明显变化。
（）5．金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒。
（）6．为保持冷变形金属的强度和硬度，应采用再结晶退火。
（）7．在高温状态下进行的变形加工称加工（）8．热加工过程实际上是加工硬化和再结晶这两个过程的交替进行。
（）三、选择1．钨的再结晶温度为1200℃，对钨来说在1100℃的高温下进行的加工属于（）A．冷加工 B. 热加工2．冷热加工的区别在于加工后是否存在（）A．加工硬化 B. 晶格改变 C. 纤维组织3．钢在热加工后形成纤维组织，使钢的性能发生变化，即沿纤维的方向具有较高的（）沿垂直于纤维的方向具有较高的（）。
A．抗拉强度 B. 抗弯强度 C. 抗剪强度四、简述1．为什么晶粒越细，金属的强度越高，塑性，韧性就越好？1．什么是加工硬化现象？试举生产或生活中的实例来说明加工硬化现象的利弊。
2．什么是再结晶退火？再结晶退火的温度与再结晶温度有何关系？3．热加工对金属的组织和性能有何影响？第四章铁碳合金一、填空1．合金是一种————————与————————或————————通过熔炼或其他方法结合而成的具有———的物质。
2．合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为————。
3．根据合金中各组元之间的相互作用不同，合金的组织可分为————————、——————和————————三种类型。
4．根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固熔体可分为———————和———————两种。
5．合金组元之间发生————————而形成的一种具有————————的物质称为金属化合物。
其性能特点是————————高，————————高，————————大。
6．铁碳合金的基本组织有五种，它们是————————、—————————、——————————、———————————————。
7．铁碳合金的基本相是————————、————————和———————。
8．在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有————————和———————。
9．碳在奥氏体中溶解度随温度的不同而变化，在1148℃时碳的溶解度可达————在7 27℃时碳的溶解度为————。
10．铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下，不同————————的铁碳合金的————————或————————随——————变化的图形。
11．分别填出下列铁碳合金组织的符号：奥氏体————，铁素体————，渗碳体————，珠光体————————，高温莱氏体————，低温莱氏体————。
12．含碳量————————、的铁碳合金称为钢。
根据室温组织不同，钢又分为三类：————————钢，其室温组织为————————和————————、———————钢，其室温组织为———————————————钢，其室温组织为————————和————————。
13.铁素体的性能特点是具有良好的————————和————————,而————————和————————很低.14.共析钢冷却到S点时,会发生共析转变,从奥氏体中同时析出———————和———————的混合物,称为————————。
15..莱氏体是——————和———————的混合物.当温度低于727℃时,莱氏体中的———————转变为——————,所以室温下的莱氏体是由—————和————组成,又称为—————。
二.判断1.固溶体的晶格类型与溶剂的晶体类型相同。
（）2.金属化合物的晶格类型完全不同于任一组元的晶格类型。
（）3.金属化合物一般具有复杂的晶体结构。
（）4.碳在γ—Fe中的溶解度比在α—Fe中的溶解度小.（）5.奥氏体的强度、硬度不高,但具有良好的塑性。
（）6.渗碳体是铁与碳的混合物。
（）7.过共晶白口铸铁的室温组织是低温莱氏体加一次渗碳体.（）8.碳在奥氏体中的溶解度随温度的升高而减小。
（）9.渗碳体的性能特点是硬度高、脆性大。
（）10．奥氏体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果。
（）11．含碳量为0.15%和0.35%的钢属于亚共析钢，在室温下的组织均由珠光体和铁素体组成，所以它们的力学性能相同。
（）12.莱氏体的平均含碳量为2.11%。
（）三.选择1.组成合金的最基本的独立物质称为（）A.相B.组元C.组织2.合金固溶强化的主要原因是.A.晶格类型发生了变化B.晶粒细化C.晶格发生了畸变3.铁素体为（）晶格,奥氏体为（）晶格.A.面必立方B.体心立方C.密排六方4.渗碳体的含碳量为（）%A.0.77B.2.11C.6.695．珠光体的平均含碳量为（）%A.0.77B.2.11C.6.696．共晶白口铁的含碳量为（）%A.0.77B.4.3C.6.697.铁碳合金共晶转变的温度是（）℃A.727B.1148C.12278.含碳量为1.2%的铁碳合金,在室温下的组织为（）A.珠光体B.珠光体加铁素体C.. 珠光体加二次渗碳体9.铁碳合金相图上的ES线,其代号用（）表示..PSK线用代号（）表示,GS 线用代号（）表示A,A1 B.ACD C.A cm10.铁碳合金相图上的共析线是（）.A..ECFB.ACDC.PSK11．从奥氏体中析出的渗碳体称为（），从液体中结晶出的渗碳体称为（）。