金属的晶体结构

金属的晶体结构

1、金属的晶体结构

金属在固态下原子呈有序、有规则排列。

晶体有规则的原子排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡。

晶体特点：

（1）有固定熔点，

（2）原子呈规则排列，宏观断口有一定形态且不光滑

（3）各向异性，由于晶体在不同方向上原子排列的密度不同，所以晶体在

不同方向上的性能也不一样。

三种常见的晶格及分析

（1）体心立方晶格：铬，钒，钨，钼，α-Fe。1/8*8+1=2个原子（2）面心立方晶格：铝，铜，铅，银，γ-Fe。1/8*8+1/2*6=4个原子

（3）密排六方晶格：镁，锌。6个原子?用以描述原子在晶体中排列的空间格子叫晶格

体心立方晶格面心立方晶格

密排六方晶格

2、金属的结晶

结晶的概念：金属材料通常需要经过熔炼和铸造，要经历有液态变成固态的凝固过程。金属由原子的不规则排列的液体转变为规则排列的固体过程称为结晶。

结晶过程：不断产生晶核和晶核长大的过程

冷却曲线：

过冷现象：实际上有较快的冷却速度。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差，过冷度。

金属结晶后晶粒大小

一般来说，晶粒越细小，材料的强度和硬度越高，塑性韧性越好为了提高金属的力学性能，必须控制金属结晶后晶粒的大小。

细化晶粒的根本途径：控制形核率及长大速度。

细化晶粒的方法：

（1）增大过冷度，增加晶核数量

（2）加入不熔物质作为人工晶核

（3）机械振动、超声波振动和电磁振动

金屬晶體缺陷：

金屬材料以肉眼觀察其外表似乎是完美的；實際不然，金屬晶體含有許多缺陷，這些缺陷可分類為點缺陷、線缺陷及面缺陷。這些缺陷對金屬材料的性質有很重要的影響。

點缺陷：

金屬最簡單形式的點缺陷就是空孔

空孔是最簡單形式的點缺陷，原子在結晶格子位置上消失

间隙原子

置代原子

線缺陷：線缺陷一般通稱為「差排」(dislocation) 。差排的產生主要與金屬在機機加工時的塑性變形有關；亦即金屬塑性變形量愈大，差排也就愈多。

面缺陷

金屬的缺陷有：外表面、晶粒界面（簡稱晶界）及疊差等。

金屬晶體缺陷

金属晶体的这些缺陷都会造成晶格畸变，引起塑性变形抗力增大，从而使金属的强度提高。

3、金属的同素异构转变

大多数金属在结晶完成后的继续冷却中，其晶体结构不再发生变化，如铝、铜等。也有少数金属如铁、钛、锡、锰等。这种金属在固态下晶体结构随温度发生变化的现象称为同素异晶转变。

δ-Fe 1394℃γ-Fe 912℃α-Fe

因为铁能发生同素异晶转变，在生产中才有可能对钢和铸铁进行各种热处理，改变它的组织与性能，以发挥材料的潜力。

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