金属材料与热处理通用基础理论.PDF

第一部分 通用基础理论 第一篇 金属材料与热处理 第一章 金属的结构与结晶 第一节 金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 固态物质按内部质点（原子或分子）排列的特点分为晶体与非晶体。 晶体与非晶体的对比可见表1-1，通过定义和性质可以容易地区分晶体与非晶体。自 然界中除少数物质外，绝大多数物质都是晶体。一般情况下，金属及其合金多为晶体。 但晶体与非晶体在一定条件可相互转换。 表1-1 晶体与非晶体的对比 项目 晶体 非晶体 定义 原子呈有序、有规则排列的固体 原子呈无序、无规则堆积的固体 性能特点 （1）具有规则的几何形状 （1）没有规则的几何形状 （2）有一定的熔点 （2）没有固定的熔点 （3）性能表现为各向异性 （3）性能表现为各向同性 典型物质 石英、云母、明矾、糖、食盐、 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等 味精、硫酸铜、金刚石、冰等 二、金属的晶格类型 1.晶格与晶胞 金属的晶格类型是指金属中原子排列的规律。为便于描述，我们把原子看成直径一 定的刚性小球，则金属中原子的排列情况如图1-1所示。 图1-1 晶体中原子的 图1-2 晶格 图1-3 晶胞 排列情况 [晶格]：把原子看成一个结点，然后用假想的线条将这些结点连结起来，便构成了 1 一个有规律性的空间格架，称为晶格，如图1-2 所示。 [晶胞]：晶格中能完全反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞，如图 1-3 所示。由 于晶体中原子重复排列的规律性，因此晶胞可以表示晶格中原子排列的特征。 提示 晶胞是可以反映金属原子排列规律的最小单元，所以一般用晶胞来研究金 属的晶体结构。 2.常见金属晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格 [体心立方晶格]：如图 1-4 所示，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的八 个顶角和立方体的中心各有一个原子。具有体心立方晶格的金属有：α -Fe （温度低于 912℃的铁）、铬（Cr）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、β -Ti （温度在883~1668℃的 钛）等。 图1-4 体心立方晶胞示意图 [面心立方晶格]：如图 1-5 所示，面心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的八 个顶角和六个面的中心各有一个原子。属于面心立方的金属有：γ -Fe（温度在912~1394℃ 的铁）、铝（Al）、铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）、镍（Ni）等。 2 图1-5 面心立方晶胞示意图 [密排六方晶格]：如图 1-6 所示，密排六方晶格的晶胞是一个上下底面为正六边形 的六柱体，在六柱体的十二个顶角和上、下底面的中心各有一个原子，六柱体的中间还 有三个原子。具有密排六方晶格的金属有：镁（Mg）、锌（Zn）、α -Ti （温度低于883℃ 的钛）、镉（Cd）、铍（Be）等。 图1-6 面心立方晶胞示意图 三、晶体的缺陷 [晶体缺陷]：在实际金属材料中，总是不可避免地存在原子不规则排列的局部区域， 这些区域称为晶体缺陷。 3 晶体缺陷对金属材料的许多性能都有很大的作用，特别是在金属的塑性变形及热处 理过程中起着重要作用。常见的几种晶体缺陷及影响见表1-2。 表1-2 常见的几