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1、第一节 晶体的基本知识一、晶体与非晶体 固态物质按其原子（或分子）的聚集状态可分为晶体和非晶体两大类晶体：原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列非晶体：这些质点是无规则地堆积在一起，如普通玻璃、松香、石蜡等 晶体与非晶体在性能上也有区别，晶体具有固定的熔点，且在不同方向上具有不同的性能，即表现出晶体的各向异性晶体和非晶体在一定条件下可以互相转化,第二章 金属与合金的晶体结构,二、晶格、晶胞和晶格常数晶格 为了便于理解和描述晶体中原子排列的情况，可以近似地把晶体中的原子看成是固定不动的刚性小球，并用一些假想的几何线条将晶体中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，各原子的中心就处在格架的各
2、个结点上的几何空间格架。,二、晶格、晶胞和晶格常数晶格 为了便于理解和描述晶体中原子排列的情况，可以近似地把晶体中的原子看成是固定不动的刚性小球，并用一些假想的几何线条将晶体中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，各原子的中心就处在格架的各个结点上的几何空间格架。,晶胞 从晶体中,选取一个能够完全反映品格特征的最小的几何单元。晶体由许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而形成。晶格常数:晶胞棱边长度称为晶格常数,晶胞 从晶体中,选取一个能够完全反映品格特征的最小的几何单元。晶体由许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而形成。晶格常数:晶胞棱边长度称为晶格常数,l、体心立方晶格 在
3、立方晶胞的中心和八个顶角各有一个原子。属于这种晶格的常见金属有：铬（Cr）、钨（W）、铂（Mo）、钒（V）、铁（aFe）等。,l、体心立方晶格 在立方晶胞的中心和八个顶角各有一个原子。属于这种晶格的常见金属有：铬（Cr）、钨（W）、铂（Mo）、钒（V）、铁（aFe）等。,2、面心立方晶格在立方晶胞的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。属于这种晶格常见金属有：铝（Al）、铜（Cu）、镍（Ni）、铁（Fe）等。,2、面心立方晶格在立方晶胞的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。属于这种晶格常见金属有：铝（Al）、铜（Cu）、镍（Ni）、铁（Fe）等。,3、密排六方晶格正六棱柱体，除每个顶角和上下底面
4、中心各何一个原子外，在两底面之间还有三个原子。,3、密排六方晶格正六棱柱体，除每个顶角和上下底面中心各何一个原子外，在两底面之间还有三个原子。,不同类型的晶格，其原子排列的紧密程度不同。三种晶格中，面心立方和密排六方晶格的原子排列最紧密（晶胞体积的74%为原子占据，26%为空隙）；体心立方晶格的原子排列密度较小（晶胞体积的68%为原子占据，32%为空隙）。金属的晶格形式和晶格常数等不同，则其物理、化学性能和力学性能便不同。,三、金属的实际结构和晶体缺陷,1、金属的多晶体结构 由若干小晶体构成单晶体：其内部晶格方位完全一致。多晶体：多个晶粒组成的晶体晶粒：外形不规则的小晶体晶界：晶粒与晶粒之间的
5、界面组织：用金相观察方法，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。,宏观组织（低倍组织）：用肉眼或借助于放大镜观察到的组织显微组织：借助光学金相显微镜或电子显微镜观察到的组织亚晶粒或嵌镶块：晶粒内部存在着许多尺寸很小、晶格位向差也很小的小晶块。2、实际金属的晶体缺陷（l）点缺陷：在晶体空间中，其长、宽、高尺寸都很小的一种缺陷，晶格空位和间隙原子。,宏观组织（低倍组织）：用肉眼或借助于放大镜观察到的组织显微组织：借助光学金相显微镜或电子显微镜观察到的组织亚晶粒或嵌镶块：晶粒内部存在着许多尺寸很小、晶格位向差也很小的小晶块。2、实际金属的晶体缺陷（l）
6、点缺陷：在晶体空间中，其长、宽、高尺寸都很小的一种缺陷，晶格空位和间隙原子。,（2）线缺陷在晶体中沿着某一方向伸展成线状分布的一种缺陷。各种类型的位错。刃型位错：某晶面ABCD上下两部分晶体的原子排列数目不等，好像沿着EF线多出了一个晶面EFGH，它像刀刃一样，从晶体的上半部分垂直插至EF处，使位于ABCD面上下两部分晶体间产生了原子错排现象，故名刃型位错。EF线就是位错线。（3）面缺陷：在两个方向的尺寸很大，第三个方向的尺寸很小而呈面状分布的缺陷。实际上金属中是晶界和亚晶界。缺陷的存在，会使其周围的晶格发生畸变。,（2）线缺陷在晶体中沿着某一方向伸展成线状分布的一种缺陷。各种类型的位错。刃型
7、位错：某晶面ABCD上下两部分晶体的原子排列数目不等，好像沿着EF线多出了一个晶面EFGH，它像刀刃一样，从晶体的上半部分垂直插至EF处，使位于ABCD面上下两部分晶体间产生了原子错排现象，故名刃型位错。EF线就是位错线。（3）面缺陷：在两个方向的尺寸很大，第三个方向的尺寸很小而呈面状分布的缺陷。实际上金属中是晶界和亚晶界。缺陷的存在，会使其周围的晶格发生畸变。,（2）线缺陷在晶体中沿着某一方向伸展成线状分布的一种缺陷。各种类型的位错。刃型位错：某晶面ABCD上下两部分晶体的原子排列数目不等，好像沿着EF线多出了一个晶面EFGH，它像刀刃一样，从晶体的上半部分垂直插至EF处，使位于ABCD面上
8、下两部分晶体间产生了原子错排现象，故名刃型位错。EF线就是位错线。（3）面缺陷：在两个方向的尺寸很大，第三个方向的尺寸很小而呈面状分布的缺陷。实际上金属中是晶界和亚晶界。缺陷的存在，会使其周围的晶格发生畸变。,第二节 金属的结晶,一、结晶和结晶过程结晶：金属从液态变为固态（晶体状态）的过程。1、结晶温度过冷现象：实际结晶温度低于平衡结晶温度现象 过冷度：实际结晶温度与平衡结晶温度差2、结晶过程是一个晶核的形成（成核）和成长的过程,二、影响金属结晶后晶粒大小的因素,成核率：晶核产生的速度，以每单位时间在单位体积液体中所产生的晶核数目来表示长大率：指晶体生长的线速度影响成核率 N和长大率 G最主要
9、的因素，是结晶时的过冷度和液体中的不熔杂质。1、过冷度的影响,二、影响金属结晶后晶粒大小的因素,成核率：晶核产生的速度，以每单位时间在单位体积液体中所产生的晶核数目来表示长大率：指晶体生长的线速度影响成核率 N和长大率 G最主要的因素，是结晶时的过冷度和液体中的不熔杂质。1、过冷度的影响,实验证明，金属结晶时的冷却速度愈大，其过冷度也愈大，结晶后金属的晶粒便愈细小。晶粒大小对金属的力学性能影响：晶粒愈细小，金属的强度愈高，塑性和韧性愈好。2、液体中不熔杂质的影响,研究证明，液体金属中多少含有一些杂质，呈固体质点悬之浮于金属液中，可显著加速晶核的形成，使金属的晶粒细化，其作用有时甚至远大于增大过
10、冷度的影响。孕育处理：在生产中，向液体金属中有意加入一些金属或合金方合会，起到“人工晶核”作用，使晶核显著增加，从而使结晶后金属的晶粒细化的方法。,三、金属的同素异晶转变,同素异晶转变：在固态下，其晶格类型还会随温度的不同而转变的现象。如铁（Fe）、钴（Co）、钛（Ti）、锡（Sn）等。以铁为例意义：没有这一转变，铁碳合金（钢和铸铁）就不可能通过多种热处理来改变其组织和性能。,三、金属的同素异晶转变,同素异晶转变：在固态下，其晶格类型还会随温度的不同而转变的现象。如铁（Fe）、钴（Co）、钛（Ti）、锡（Sn）等。以铁为例意义：没有这一转变，铁碳合金（钢和铸铁）就不可能通过多种热处理来改变其组织和性能。,
