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金属结构与组织
一 金属的晶体结构
一、金属的组成及一般特性
1.金属的组成:
(1) 原子结合的特点
a.靠金属键，电子共有化；
b.正、负原子与电子之间排列的具体形式没有特殊要求。
2. 金属的特性
a.良好的导电性，导热性；
b.强度高；
c.具有塑性；
d.具有一定光泽；
e.晶体特性：有规则排列；有固定熔点；各向异性。
二、纯金属的晶体结构(7大类,14种)
1.晶体的基本概念:
a.晶格：利用假想直线将各阵点连接起来，使其构成三维空间格子
 
晶胞、晶轴和点阵矢量 晶胞
b.晶胞：晶格中最能代表原子排列规律的最小几何单元
c.晶格常数：晶胞三维方向尺寸
表示方法:用 ａ、ｂ、ｃ单位Å (1 Å=10-8cm)和棱角夹角 α、β、γ
2.金属常见晶体结构
a.体心立方结构(bcc) ａ=ｂ=ｃ α=β=γ=90°每个晶胞中含有 2 个原子
 
b.面心立方晶格(fcc) ａ=ｂ=ｃ α =β =γ =90°每个晶胞中含有 4 个原子
 
c.密排六方晶格（正六棱柱）(hcp) a=b≠c,α=120°,β=γ=90,每个晶胞中有6个原子
 
3.晶体结构的致密度
致密度：反映晶体中原子排列的紧密程度。用原子体积与晶胞体积之比来表示.金属晶胞体积中原子所占有得体积百分数.
表示方法： K=nv/V 其中n 为晶胞原子数；v是一个原子体积；V是晶胞体积.
a.体心立方 K=68%
b.面心立方 K=74%
c.密排六方 K=74%
4.晶面和晶向
① 晶面：晶格中各个方位的原子层所构成的平面
② 晶向：晶格中各种原子排列的位向。
③ 晶面族：晶向族
二 实际金属的晶体结构
一、实际金属的多晶体结构
1.单晶体：由一个核心（称为晶核）生长而成的晶体
特征：同一位向 如金刚石、水晶单晶硅等
2.多晶体：由不同位向的小晶体所组成
特性：整体无各向异性
a.晶粒：每一个小晶体称为一个晶粒
b.晶界：晶粒与晶粒之间的晶面称为晶界；多晶体金属中，结构、成分相同但位向不同的相邻晶粒之间的界面
二、金属晶体的缺陷
1.晶体缺陷：实际晶体中原子偏离规则排列的局部区域
2.晶体缺陷的三种形式
a.点缺陷：4种类性
b.线缺陷：又称位错，是晶体中某一处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。
分刃型位错和螺型位错两类。
c.面缺陷：主要有晶界亚晶界。
晶界的许多特性都是由晶界原子排列混乱导致能量较高所造成的。
3.晶体缺陷对金属材料带来的性能影响
缺陷的存在对金属的物理性能和机械性能都有一定的影响，利用缺陷强化金属；
点缺陷：固溶强化；
线缺陷：加工硬化；面缺陷：细晶强化
三 金属晶体的形成
一、金属结晶的概念
1.结晶：由液态金属转变为固态金属的过程称凝固。
金属的凝固主要是晶核形成和晶体长大的过程，所以也称为结晶。
2.金属结晶的研究方法
热分析法得金属的冷却曲线
3.现象
T0温度：平衡结晶温度（理论结晶温度）；
Tn温度：实际结晶温度；
△T=T0-Tn ：过冷度
二、金属结晶的条件
1.必要条件:
① 过冷度: △T=T0-Tn
纯金属的冷却曲线
②发过程，由结晶时的能量条件决定的
两相的自由能差值△F是两相间发生相转变的驱动力。过冷度越大，液态和固态的相的自由能差越大，即相变驱动力越大，所以凝固速度越快。
③ 影响△T的因素（△T不是一个恒定值）
a.金属本性
b.杂质。金属越纯过冷度越大
c.冷却速度 冷却速度越大，过冷度越大（滞后现象）
2.另一个条件 ：
原子扩散（基本存在的）---- 结构起伏；
与温度有关，温度升高，扩散增强
三、金属结晶的过程和规律
1.结晶过程
① 晶核：a.自发：均匀形核
b.非自发：非均匀形核
② 晶粒形成与长大
2.结晶的速度和结晶后晶粒的大小
① 形核率 n ② 长大率 G
两者均与过冷度有关
3.晶粒大小（粗细）对金属性能的影响
升高 HB 升高 改善
4.控制晶粒大小的措施
① 增大过冷度 不同型壁 大铸铁：加冷铁
② 变质处理 增加非自发形核
③ 振动
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