2 材料的结构与结晶
材料的结构与性能的关系
材料的结构与性能的关系材料是现代工程领域中极为重要的研究方向之一。
不同材料的结构决定了其性能，而理解材料的结构与性能之间的关系，对于设计和开发新材料具有重要的指导意义。
本文将探讨材料的结构与性能之间的关系，并深入分析几种常见材料的结构和性能特点，旨在帮助读者更好地理解材料学的基础知识。
一、结晶材料的结构与性能结晶材料是指具有长程有序的排列结构的材料。
其分子或原子以一定的方式排列，形成晶体的结构。
结晶材料的性能受其结构的影响较大。
首先，晶体的晶格结构决定了材料的硬度和脆性。
例如，金刚石的碳原子以立方晶格排列，使其具有极高的硬度；而玻璃材料则是无定形的结构，因此较易破碎。
其次，晶体中的缺陷和杂质也会影响材料的性能。
点缺陷（如空位和杂质原子）会导致晶体的电导率和机械性能变化。
因此，在合金制备过程中，控制杂质元素的含量和分布至关重要。
二、非晶材料的结构与性能与结晶材料不同，非晶材料没有规则的长程有序结构，而是具有无定形的结构。
非晶材料的结构与性能之间也存在着密切的关系。
首先，非晶材料通常具有较高的强度和弹性模量。
这是因为非晶材料的无定形结构使得其分子或原子在受力时可以更均匀地分布，从而增加了其强度和硬度。
此外，非晶材料还具有较低的热导率和电导率。
非晶材料中缺乏长程有序的结构，导致热和电子在材料中传输困难。
三、复合材料的结构与性能复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过某种方法结合而成的材料。
复合材料的结构多样化，因此其性能方面也有所不同。
结构设计的合理与否对复合材料的性能有着决定性的影响。
例如，纤维增强复合材料的强度主要由纤维的类型、分布和取向决定。
而基体材料的性能也会影响复合材料的整体性能。
因此，在复合材料的研制中，合理选择不同材料的比例、制备方法和结构布置是关键。
综上所述，材料的结构与性能之间存在着紧密的关系。
不同类型的材料具有不同的结构特点，这些结构特点决定了材料的力学性能、电学性能、热学性能等方面。
工程材料第二版习题解答
第一章材料的结构与性能一、材料的性能（一）名词解释弹性变形：去掉外力后，变形立即恢复的变形为弹性变形。
塑性变形：当外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。
冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不变形的能力称为冲击韧性。
疲劳强度：当应力低于一定值时，式样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。
σ为抗拉强度，材料发生应变后，应力应变曲线中应力达到的最大值。
bσ为屈服强度，材料发生塑性变形时的应力值。
sδ为塑性变形的伸长率，是材料塑性变形的指标之一。
HB：布氏硬度HRC：洛氏硬度，压头为120°金刚石圆锥体。
（二）填空题1 屈服强度、抗拉强度、疲劳强度2 伸长率和断面收缩率，断面收缩率3 摆锤式一次冲击试验和小能量多次冲击试验， U型缺口试样和V型缺口试样4 洛氏硬度，布氏硬度，维氏硬度。
5 铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理性能。
（三）选择题1 b2 c3 b4 d f a （四）是非题 1 对 2 对 3错 4错（五）综合题 1 最大载荷为2805.021038.5πσ⨯=F b断面收缩率%10010810010⨯-=-=A A A ϕ 2 此题缺条件，应给出弹性模量为20500MP,并且在弹性变形范围内。
利用虎克定律 320℃时的电阻率为13.0130℃时的电阻率为18.01二、材料的结合方式 （一）名词解释结合键：组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键，主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
非晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
近程有序：在很小的范围内(一般为几个原子间距)存在着有序性。
（二）填空题1 四，共价键、离子键、金属键、分子键。
2 共价键和分子键，共价键，分子键。
3 强。
4 强。
（三）选择题1 a2 b3 a（四）是非题1 错2 错3 对4 错（五）综合题1晶体的主要特点：○1结构有序；○2物理性质表现为各向异性；○3有固定的熔点；○4在一定条件下有规则的几何外形。
晶体的结构和结晶
2.晶胞：晶体中有代表性的最胞 的三个棱边的尺 寸 a、b、c。用 埃（Å）表示。
1Å=10-8cm 各棱间的夹角用
、、表示。
晶体的结构和结晶
四、三种典型的晶体结构： 体心立方、面心立方、密排六方。
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
晶体的结构和结晶
▪ 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
原子半径：r = 1 a
2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
晶体的结构和结晶
§ 1－2 实际金属的晶体结构
一、 多晶体结构和亚结构 单晶体：晶体材料内部原子规律排列，位向不发 生改变的晶体。 多晶体：由许多晶格位向不同的小晶体构成的晶 体结构，称为多晶体。
位错上半部分原子受压，下半部分原子受拉。离位 错线越近晶格畸变越大，应力越大。
晶体的结构和结晶
▪ 位错密度：单位体积位错线总长度。
▪ = L/V(cm/cm3或1/cm2)
▪ 金属的位错密度为104~1012/cm2 ▪ 位错对性能的影响：以位错线为中心的管道区周
围晶格都发生了畸变，从而阻碍位错的运动，使 材料的强度提高。由于线缺陷的影响面比点缺陷 大的多，因此对材料性能的影响也大的多。 ▪ 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。
A
C B
D
晶界
晶体的结构和结晶
亚晶界
三、合金的晶体结构
1.几个重要概念：
▪ 合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属 元素组成的具有金属特性的物质叫合金。
▪ 组元：组成合金的独立的最基本的单元（一般是 一种元素或一种稳定的化合物）。
第二章 晶体结构与结晶
α-Fe
γ-Fe
2、固态转变的特点 ⑴形核一般在某些特定部 位发生（如晶界、 位发生（如晶界、晶内 缺陷、特定晶面等）。 缺陷、特定晶面等）。
锡 疫
固态相变的晶界形核
⑵由于固态下扩散困难，因 由于固态下扩散困难， 而过冷倾向大。 而过冷倾向大。 ⑶固态转变伴随着体积变化， 固态转变伴随着体积变化，
（2）细化晶粒的方法 ）细化晶粒的方法
1）增大过冷度——提高液体金属的冷却速 增大过冷度 过冷度——提高液体金属的冷却速 度。 2）变质处理——在金属中加入能非自发形 变质处理——在金属中加入能非自发形 核的物质，增加晶核的数量或者阻碍晶核长 核的物质， 大。 3）振动或搅拌——造成枝晶破碎细化（增 振动或搅拌——造成枝晶破碎细化 造成枝晶破碎细化（ 加新生晶核）。 加新生晶核）。
(2)晶核长大 (2)晶核长大
晶核长大：即金属结晶时， 晶核长大：即金属结晶时，晶粒长大成为 晶体的过程。 晶体的过程。 两种长大方式 —— 平面生长 与 树枝状生长 树枝 状生 长 平面生长
树枝状结晶
金 属 的 树 枝 晶 金 属 的 树 枝 晶 冰 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
枝晶形成的原因： 枝晶形成的原因：
式中 ΔT——过冷度（℃）； ΔT——过冷度 过冷度（ ——金属的理论结晶温度 金属的理论结晶温度（ T0 ——金属的理论结晶温度（℃）； ——金属的实际结晶温度 金属的实际结晶温度（ Tn ——金属的实际结晶温度（℃）。
金属的过冷度不是恒定值，它与冷却速度有关。 金属的过冷度不是恒定值，它与冷却速度有关。
（4）铸锭的缺陷 ）
1、缩孔（集中缩孔） 、缩孔（集中缩孔） --最后凝固的地方 最后凝固的地方 2、缩松（分散缩孔） 、缩松（分散缩孔） --枝晶间和枝晶内 枝晶间和枝晶内 3、气孔（皮下气孔） 、气孔（皮下气孔）
材料的结构包括
材料的结构包括
材料的结构是指材料内部各个组成部分之间的排列和连接方式，它直接影响着
材料的性能和用途。
材料的结构可以分为原子结构、晶体结构和微观结构三个方面。
首先，原子结构是材料的基本结构。
原子是构成材料的最基本单位，材料的性
能和行为直接受原子结构的影响。
原子结构包括原子的排列方式、原子之间的相互作用和原子的运动方式。
不同的原子结构决定了材料的性质，比如金属材料的原子结构是紧密堆积的球形原子，而非金属材料的原子结构是离散分布的。
其次，晶体结构是材料中原子的有序排列。
晶体结构可以分为单晶体、多晶体
和非晶体三种类型。
单晶体是指材料中原子排列有序、呈现出规则的晶体结构；多晶体是指材料中存在多个晶粒，每个晶粒内部呈现出规则的晶体结构，但不同晶粒之间的方向不一定一致；非晶体是指材料中原子排列无序，没有明显的晶体结构。
晶体结构直接影响着材料的力学性能、导热性能和光学性能。
最后，微观结构是指材料中微观组织的形态和分布。
微观结构可以分为晶粒结构、晶界结构、位错结构和相结构。
晶粒结构是指材料中的晶粒形状、大小和分布；晶界结构是指相邻晶粒之间的结构；位错结构是指材料中的位错类型和分布；相结构是指材料中不同成分的分布和相互作用。
微观结构直接影响着材料的力学性能、热处理性能和腐蚀性能。
总之，材料的结构是多种因素综合作用的结果，它直接决定了材料的性能和用途。
了解材料的结构对于材料设计、制备和性能改进具有重要意义。
因此，深入研究材料的结构是材料科学和工程领域的重要课题，也是材料技术发展的关键之一。
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
均匀长大
树枝状长大
2-2
晶粒度
实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。 晶粒细小金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。
标准晶粒度共分八级， 一级最粗，八级最细。 通过100倍显微镜下的 晶粒大小与标准图对 照来评级。
2-2
• 影响晶粒度的因素
• （1）结晶过程中的形核速度N（形核率） • （2）长大速度G（长大率）
面心立方晶 格
912 °C α - Fe
体心立方晶 格
1600
温 度
1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700 600 500
1534℃ 1394℃
体心立方晶格
δ - Fe
γ - Fe
γ - Fe
912℃
纯铁的冷却曲线
α – Fe
体心立方晶 格
时间
由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过 不同的热处理工艺来改变钢铁的组织和性能。
2-3
• 铁碳合金—碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 Fe、C为组元，称为黑色金属。 Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、 S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。
2-3
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC。 • 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 • 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型：
机械工程材料-2章 晶体结构、结晶
晶胞原子数与原子半径
致密度与配位数
2.1.4 晶向指数与晶面指数
1 晶向指数
我们把任何两个或多个原子所在直线所指 的方向，称为晶向。 〖例1〗计算图（a）中的AB的晶向指数。 解：①选晶胞的三条棱边建立X、Y、Z坐标 轴，以晶格常数a b c 为坐标轴的度量单位。从坐 标轴的原点O引一条有向直线OC，平行于待定晶 向AB； ②在所引的有向直线上任取一点C（为方便 起见，通常取距原点最近的阵点），求出该点C 在三坐标轴的坐标值,C(1/2,1/2, 1)。 ③将三个坐标值按比例化简为最小简单整数， 并加上方括号，表示为［u v w］=[1 1 2]，即为 所求的晶向指数。整数之间不用标点分开。如果 u、v、w中有某一数为负，则将负号用上划线的 形式标注于该数之上。 AB的晶向指数为[1 1 2]。
例如：石墨是靠分子键结合， 硬度很低。塑料也是靠分子键结 合，强度较低。
由于范德瓦尔斯引力很弱， 所以分子晶体的结合力很小，熔 点很低，硬度也很低。
5 结合力与结合能
当大量原子结合成固体时，为 使晶体具有最低的能量，以保持其 稳定状态，原子之间也必须保持一 定的平衡距离，这就是固态金属中 的原子趋于规则排列的原因。 当原子间以离子键或共价键结 合时，原子达不到紧密排列状态， 这是由于这些结合方式对周围的原 子数有一定的限制之故。
体心立方
面心立方
密排六方
2.1.6 实际金属的晶体结构
若整个晶体完全是晶胞规则重 复排列的，这种晶体为理想晶体。 实际晶体中，由于各因素的影 响，总会存在一些不完整、原子排 列偏离理想状态的区域，这些区域 称为晶体缺陷。 按缺陷在空间的几何形状和尺 寸不同，缺陷分为：
点缺陷
晶体缺陷
线缺陷
第二章 金属与合金的晶体结构与结晶
第二章 金属与合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。
晶体与非晶体的区别表现在许多方面。
晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。
此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。
在一般情况下的固态金属就是晶体。
一、晶体结构的基础知识（1）晶格与晶胞为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2-1）晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2-1），它具有很高对称性。
（2）晶胞表示方法不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。
结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示，称为晶格常数。
晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。
当棱边a b c ==，棱边夹角90αβγ===︒时，这种晶胞称为简单立方晶胞。
（3）致密度金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
二、三种典型的金属晶格1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。
它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。
属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。
2、面心立方晶格晶胞示意图见图2-2b。
它的晶胞也是一个立方体，立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为4个，其致密度为0.74（原子排列较紧密）。
属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ-Fe等。
3、密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体，原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，晶胞示意图见图2-2c。
其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.74。
属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。
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图1-19 形核和核长大方式
图1-20 铸锭结晶组织
2. 影响晶核形成和长大的因素 1）过冷度：ΔT大，ΔF大，结晶 驱动力大，形核率和长大速度都 大，且N的增加比G增加得快。2） 变质处理：在液态金属结晶前， 特意加入某些合金，造成大量可 以成为非自发晶核的固态质点， 使结晶时的晶核数目大大增加， 从而提高了形核率，细化晶粒的 处理方法。
排列”。
1. 结晶时的过冷现象
纯金属都有一定的结晶温度。Fe：1539℃，Cu：1083℃， 这是指理论结晶温度，也叫平衡结晶温度，是指液体的结 晶速度与晶体的熔化速度相等时的温度。 实际上的结晶温度总是低于这一平衡结晶温度，原因在结
晶的能量条件上。
在自然界中，任何物质都具有一定的能量，而且一切物质 都是自发地由能量高的状态向能量低的状态转变，结晶过 程也同样遵循这一规律。
图1-12 金属强度与 位错密度的关系
3.面缺陷
原子排列不规则的区域在空间两个方 向上的尺寸大，而另一方向上的尺寸 小。如晶界和亚晶界是典型的面缺陷。 亚晶界处原子排列不规则程度虽较晶
界处小，但也是不规则的，可以看作
是由无数刃型位错组成的位错墙。 晶界及亚晶界愈多，晶格畸变越大， 且位错密度愈大，晶体的强度愈高--细晶强化。
固溶体性能：随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生
明显改变，其一般情况下，强度、硬度逐渐升高，而塑 性、韧性有所下降，电阻率升高，导电性逐渐下降等--
--固溶强化。
2化合物
相结构：新相的晶格结构不同于任一组成 元素。如碳钢中的Fe3C，黄铜中的β相 （CuZn）以及各种钢中都有的FeS、MnS 等等，都是化合物。 性能特点：金属化合物一般具有复杂的晶 格结构，熔点高，硬而脆。当合金中出现 金属间化合物时，通常能提高合金的强度、 硬度和耐磨性。
围的晶格发生畸变，从而使材料的性能发生
变化，如屈服强度提高和电阻增加等。
2.线缺陷
原子排列的不规则在一个方向上的
尺寸大，其余两个方向上尺寸小。 位错是晶格中一部分相对于另一部
分的局部滑移而造成。其交界线即
为位错线。 由于晶体中局部滑移的方式不同， 可形成不同类型的位错。 “刃型位错”。相对滑移的结果上 半部分多出一半原子面，多余半原 子面的边缘好像插入晶体中的一把 刀的刃口，故称“刃型位错”。
图1-13 面缺陷
§2金属的结晶
一、结晶的基本概念
结晶：物质从液态到固态的转变过程称为凝固，凝固后形 成晶体则称为~。 金属在固态下通常都是晶体，所以金属自液态冷却转变为 固态的过程，称为金属的结晶。 液态金属与固态金属的主要差别在于：液态金属无一定形 状，易流动，原子间的距离大，但在一定温度条件下，在 液态金属中存在与固态金属的“远程排列”不同的“近程
2．点阵：把原子（离子或分子） 在空间的排列方式称为空间
点阵（简称点阵）。
3．晶面：点阵中的结点所构成
的平面。
4．晶向：点阵中的结点所组成
的直线。
图1-2 晶体结构
5．晶格：把点阵中的结点用一系列 平行直线连接起来构成空间格子 称为晶格。
6．晶胞：构成晶格的最基本的几何 单元。
7．晶格常数：棱边长度a、b、c和 棱间夹角α、β、γ是衡量晶胞大 小和形状的六个参数，其中a、b、 c称为晶格常数或点阵常数。
在金属中还存在着各种各样的
晶格缺陷，按其几何形式的特 点，分为如下三类： 1.点缺陷 原子排列不规则的区域在空间
三个方向尺寸都很小。
晶体中的空位、间隙原子、杂 质原子都是点缺陷。
图1-10 点热振
动等）脱离其晶格结点而转移到晶格间隙这
样就形成了点缺陷，点缺陷的存在会引起周
自由能F代表体系的能量，只有当固态金属
的自由能低于液态金属的自由能，即:体系
自由能变化ΔF=F固－F液＜0时,结晶过程才 能自发进行。
从温度坐标上看，只有实际结晶温度T1低
于平衡结晶温度T0，结晶过程才能自发进 行。
这种实际结晶温度低于平衡结晶温度的现
象称为过冷现象。两者之间的温差ΔT称为 过冷度。即:ΔT=T0－Tn。 过冷度的大小与金属的本性以及冷却速度 有关，冷却速度愈大，过冷度ΔT愈大。
图1-21 影响晶粒形核 率和长大速度的因素
§ 3 合金中的相结构 一、合金的基本概念
合金
通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同 一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金 属特性的新物质，称为合金。
组元
组成合金的最基本的、独立的物质称为组元 。
相
在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与 其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之 为相
组织
在金属和合金中，在显微镜下能观察到的微观 形貌、图象称为组织，它是由单相物质或多相 物质组合成的，具有一定形态特征的聚合体 。
二、合金中的相结构
固溶体
置换固溶体 间隙固溶体 固溶体的性能
化合物
1固溶体
置换固溶体
间隙固溶体
置换固溶体:溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原 子而组成的固溶体称置换固溶体。 间隙固溶体:溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的 固溶体，即间隙固溶体，间隙固溶体仍保持着溶剂金属 的晶格类型。
其大小用A来表示（1A=108cm）
若a=b=c，α=β=γ=90°这 种晶胞就称为简单立方晶胞。
图1-3 晶胞
晶体
晶格
晶胞
晶向 图1-4 晶体规则排列示意图
晶面
二、常见金属的晶体结构类型
（一）体心立方晶格
晶胞由八个原子构成的立方体，且在中心还有一个原子。
晶格常数a=b=c，通常只用a表示。
体心立方晶格的致密度：
即晶格中有68%的体积被原子占有，其余为空隙。 属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、 Cr、Mo、W、V等。
4 3 K 2 a 3 4
3
a 0.68
3
图1-5 体心立方晶格
（二）面心立方晶格
晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在每个面上还各有一个原子。 晶格常数a=b=c，通常只用a表示。 在这种晶胞中，在每个面的对角线上各原子彼此相互接触，因而其原 子半径：
第2章 金属的结构与结晶
§1金属的晶体结构
§2 金属的结晶
§3 合金中的相结构
§1 金属的晶体结构 一、晶体的基本概念
在自然界(除普通玻璃、松
香等）中，包括金属在内的绝
非晶体
大多数固体都是晶体。
1．晶体：是指其原子（离子或分
子）在空间呈规则排列的固体。
晶体
图1-1 晶体与非晶体示意图
3
图1-6 面心立方晶格
图1-7 常见金属的晶体结构
体心立方晶格
面心立方晶格 图1-8 常见金属的晶体结构
密排六方晶格
（三）密排六方晶格
晶格由12个原子构成的简单六方晶体，在上下两个面心还各有一个原 子，且简单六方体中心还有3个原子。
晶格常数a＝b≠c，c/a=1.633
密排六方晶格晶胞中所含原子数： 致密度K=0.74
图1-11 线缺陷示意图
实际晶体中存在大量的位错,一般用位错密度 来表示位错的多少。其值为单位体积中位错线 的总长度, 或单位面积上位错线的根数,单位cm2 位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发 生了畸变,对晶体的性能有显著的影响。实验 和理论研究表明:晶体的强度和位错 有如图112的对应关系, 当晶体中位错密度很低时,晶体强度很高；相 反在晶体中位错密度很高时,其强度很高。 但目前的技术,仅能制造出直径为几微米的晶 须,不能满足使用上的要求。而位错密度很高 易实现,如剧烈的冷加工可使密度大大提高,这 为材料强度的提高提供途径。
1 1 12 2 3 6 6 2
属于这种晶格的金属有Be、Mg、
Zn、Cd等。
图1-9 密排六方晶格
三、金属的实际结构和晶体缺陷
（一）单晶体与多晶体 单晶体：一块晶体，其内部的晶格位向完全一致。 多晶体：在一块很小的金属中含着许多的小晶体，每个小 晶粒:晶体的内部，晶格位向都是均匀一致的，而各晶体间，彼 此的位向都不相同。这种小晶体的外形呈颗粒状，称为“晶粒”。 晶界：晶粒与晶粒之间的界面。在晶界处，原子排列为适 应两晶粒间不同晶格位向的过度，总是不规则的。
图1-14 液体和固体的 自由能随温度的变化
2.实际结晶温度的测定（冷却曲线）
图1-15 纯金属冷却曲线
图1-16 冷却曲线
图1-17 结晶过程
图1-18 铅锡铋合金的结晶组织金相像片
二、结晶过程的基本规律
1. 形核和核长大 从微观角度看，当液体金属冷到实际结晶温度后，开始从液体
中形成一些尺寸极小的、原子呈规则排列的晶体－晶核，这种
思考题： 1什么是晶体？其有何特点？ 2常见金属有哪三种不同的晶体结构？ 3金属晶体中有哪三种晶体缺陷？ 4什么是加工硬化？ 5什么过冷度？ 6金属结晶需要经过哪两个步骤？
r
2 a 4
每一面心的原子是同属两个晶胞共有，故面心立方晶格的晶胞中包含
有原子：
1 1 8 6 4 8 2
面心立方晶格的致密度：
4 2 a 3 0.74 K 4 a 3 4 即有74%的体积被原子占有，其余的为空隙。
属于这种晶格的金属有： Fe(>912℃,γ-Fe)、 Au、Ag、Al、Cu、Ni、Pb等。
对角线 方向上原子是紧密接触排列的。故其对角线长度