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体心立方晶格------金属中如Ti、V、Cr、Mo、W及-Fe等属此种晶格。 面心立方晶格------金属中如Al、Mn、Ni、Cu、Ag、Pt、Au、Pb 及-Fe等属此种晶格。 密排六方晶格------金属中如Zn、Mg、Be、Cd、 -Ti及 -Co等等属此种晶格。
(a)体心立方
（b）面心立方
晶胞——能够反映晶格特征的最小组成单元。
图1-1 晶体中的原子堆垛刚球模型（a）、晶格（b）和晶胞（c）示意图
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1.1.1 晶体结构的基本概念
晶格参数——晶格的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a、 b、c和三条棱边之间的夹角、、 六个参数来描述
晶格常数－－a、b、c。
图1-2 晶格参数
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1.1.2 三种常见的金属晶体结构
致密度
体心立方
2
3a 4
8
0.68
面心立方
4
密排六方
6
2a 4
12
0.74
a 2
12
0.74
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1.1.4 晶面、晶向及晶体的各向异性
（1） 晶面------晶体中通过原子中心的平面 。 晶面指数------用以表示晶面的数字符号称为晶面指数（hkl）。 晶面指数的确定： ① 设定一空间坐标系，原点位于待定晶面之1外。 ② 求出待定晶面在各坐标轴上的截距为：1 12 ∞ 、1 1 。 ③ 取截距的倒数：1 1 0、1 1 2。 ④ 将截距的倒数化为最小整数，放在圆括号内。
（c）密排六方
4
1.1.3 常见金属晶体结构的特征
（1）晶胞中的原子数
体心立方晶格
n 8 1 1 2 8
面心立方晶格
n 81 6 1 4 82
密排六方晶格 n 12 1 2 1 3 6
62
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（2）原子半径 体心立方晶格
面心立方晶格
r 3a 4
r 2a 4
密排六方晶格
r 1a 2
6
V------晶胞的体积。
体心立方晶格
K
nU
2
4 r3 3
2
4 3
3 4
3 a
பைடு நூலகம்
0.68
V
a3
a3
面心立方晶格
3
K
nU V
4 4r3 3 a3
4
4 3
a3
2 4
a
0.74
密排六方晶格
K nU
6 4r3 3
6
4 3
1 2
a
3
0.74
V 3 3 a2 8 a
3 2a3
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表1—1 三种典型金属晶体结构的特征 晶格类型 晶胞中的原子数 原子半径 配位数
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（1）点缺陷：包括：晶格空位、间隙原子和异类原子。 晶格空位——在晶体晶格中，某结点上没有原子的结点称为空位。 间隙原子——位于晶格间隙之中的原子叫做间隙原子。 异类原子——金属中存在的其他元素（即杂质），这些原子称为异 类原子。 危害：点缺陷的存在会使晶格发生畸变，金属的性能发生变化。
材料的结构与性能
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材料的结构与性能
1.1 金属的晶体结构
1.1.1晶体结构的基本概念
晶体——内部原子（或离子）按一定几何形状有规则排列的固体。 如天然金刚石、钻石、水晶、氯化钠、明矾等。 固体金属均为晶体。
非晶体——原子排列无规则的固体。如玻璃、松香、石腊、棉花、 木材等。
空间点阵（晶格） ——将构成晶体的实际质点（原子或离子）抽象 为纯粹的几何阵点，并用直线连接起来构成的三维空间格架。
（3）配位数和致密度 配位数——晶体结构中与任一原子周围最近邻的且等距离的原子 数。 配位数越大，晶体中原子排列就越紧密。 体心立方晶格：8 面心立方晶格：12 密排六方晶格：12
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致密度------晶胞中所含原子的体积与晶胞体积的比值，即 K=nU/V 配位数大，则致密度亦大。
式中：K------晶体的致密度； n------晶胞中所含原子的数目； U------每个原子的体积；
[ 111 ]、[111]、[ 111 ]、[ 111 ]8个晶向。
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（3）金属晶体的各向异性------金属晶体沿不同方向性能不相 同的现象。 晶体与非晶体最根本的差别之一是：晶体具有明显各向异 性，而非金属具有各向同性。 金属的各向异性一般表现在纯金属的单晶体中，而对于实 际晶体，其各向异性就显示不出来了。 与晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，因而它们之 间的结合力大小不同有关。
晶向族------原子排列情况相同但空间 位向不同的所有晶向，用<uvw>表示 。 如：
<110>晶向族包括：[110]、[101]、[011]、[110]、
[101]、[ 011]、[110]、[101]、[011]、[110]、[101]、
[ 011]12个晶向；
<111>晶向族包括：[111]、[ 111]、[ 111]、[ 111]、
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1.1.5 实际金属的晶体结构
基本概念： 单晶体－－金属内部的晶格方位完全一致。 多晶体－－多晶粒组成的实际晶体结构。 晶粒－－组成多晶体的外形不规则的小晶体。 晶界－－晶粒与晶粒间的界面。 组织－－用金相的方法，在金属及合金内部看到的涉及晶体或 晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。 显微组织－－显微镜所观察到的组织。 亚晶粒－－晶粒内存在的、相互间晶格位向差很小的晶块。 亚晶界－－亚晶粒之间的界。
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晶面族------在同一种晶体结构中，原子排列情况完全相同的一组晶 面，用 {HKL}表示。如：
{100}晶面族有： （100）、（010）和（001）晶面。
{111}晶面族有： （111）、（111）、（1 11）
和（11 1）晶面 。
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（2）晶向--------晶体中原子列所表示的方向。 晶向指数------表示晶向的数字符号称为晶向指数。[uvw] 晶向指数的确定： ① 设定一空间坐标系，原点在待定晶向的一结点上。 ② 写出该晶向上另一结点的空间坐标值：即为001、10。 ③ 将坐标值按比例化为最小整数：001、210。 ④ 将化好的整数记在方括号中。
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（2）线缺陷：主要是位错。
位错－－在晶体中某处有一列或若干列原子发生的有规律的 错排现象。包括：刃型位错、螺型位错。
刃型位错
螺型位错
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（3）面缺陷：是指晶体中二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷， 它包括晶体的表面、晶界、亚晶界、相界等，
晶界——晶粒与晶粒之间的接触面。 亚晶界——亚晶粒之间的边界。 作用：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。