金属材料结构的认识
工程材料—金属材料的结构与组织
工程材料—金属材料的结构与组织金属材料是工程中最常用的材料之一，广泛应用于建筑、交通、机械、电子等领域。
金属材料的主要特点是具有良好的导电性、导热性、塑性和可焊性。
这些特点使得金属材料在工程中得到广泛应用。
而金属材料的结构和组织对其性能有着重要的影响。
金属材料的结构主要包括晶格结构、晶界和晶粒等。
晶格结构是指金属原子在空间中的有序排列方式。
根据金属原子的排列方式可以分为立方晶系（包括体心立方、面心立方和简单立方）、六方晶系和正交晶系等。
不同晶格结构的金属材料具有不同的性质。
例如，立方晶系的金属材料具有较好的塑性和可焊性，而六方晶系的金属材料具有较高的硬度和强度。
晶格结构对金属材料的导电性和导热性也有一定的影响。
晶界是相邻晶粒之间的界面区域。
晶界的存在对金属材料的性能有着重要的影响。
晶界可以影响金属材料的力学性能、导电性能和光学性能等。
晶界的存在在金属材料中常常会引起晶界势垒。
这种势垒会限制位错的运动，从而影响金属材料的塑性和可焊性。
此外，晶界还可以影响金属材料的导电性和导热性。
晶界的存在会造成电子和热量的散射，从而降低金属材料的导电性和导热性能。
晶粒是金属材料中的基本组织单元。
晶粒是一个由许多金属晶体组成的区域。
晶粒的尺寸和形状对金属材料的性能有着重要的影响。
晶粒的尺寸通常用晶粒平均直径来表示。
晶粒尺寸越小，金属材料的强度和硬度越高，塑性和韧性越差。
这是因为小尺寸的晶粒增加了晶界的数量，从而削弱了金属材料的塑性。
另外，晶粒的形状也会影响金属材料的性能。
例如，金属材料中的拉伸试样通常会出现晶粒拉伸的现象，因此晶粒的形状会对金属材料的延伸性能产生影响。
在工程实践中，通过控制金属材料的结构和组织，可以改变其性能，例如提高强度、硬度、耐蚀性和耐磨性等。
常用的控制手段包括热处理和合金化。
热处理是通过加热和冷却金属材料，改变其晶格结构和晶粒尺寸，从而影响其性能。
合金化是指将其他金属元素加入到基体金属中，形成合金材料。
金属材料微观和宏观结构的分析和建模
金属材料微观和宏观结构的分析和建模金属材料是许多现代化行业中必不可少的材料之一，例如机械制造业、航空航天业、汽车制造业、建筑业等。
金属材料的性能和使用寿命与其微观和宏观结构密不可分。
因此，研究和分析金属材料的微观和宏观结构，建立可靠的数学模型，有助于我们更好地理解金属材料的性能和提高其使用寿命。
一、金属材料的微观结构金属材料的微观结构主要由晶粒、晶界和位错构成。
晶粒是金属材料中具有相同晶体结构和晶格常数的晶体颗粒。
晶界是相邻晶粒之间的区域，其结构复杂，包括多种缺陷，如位错和夹杂。
位错是晶体中的一种缺陷，其分为线位错、面位错和体位错，对晶体的塑性变形和强度都有很大影响。
在金属材料的制备过程中，晶粒的大小和晶界的形态都会影响到其性能。
通常来说，细晶粒和均匀分布的晶界可以增强材料的强度和塑性，而大晶粒和不规则形状的晶界则会削弱材料的性能。
二、金属材料的宏观结构金属材料的宏观结构主要由晶粒组织、缺陷和相互作用等因素决定。
晶粒组织是指其中晶粒的分布和排列方式。
在一般情况下，大多数金属材料的晶粒分布呈现出一定的规则性，例如晶粒大小随着材料深度变化而改变。
材料中的缺陷包括夹杂、孔洞、裂纹等结构，这些都会对金属材料的性能产生重要影响。
例如，夹杂可以分散晶体中的位错，使位错移动受阻，提高材料强度；缺陷也会造成材料的脆性增加，导致其强度降低。
材料中不同相之间的相互作用也会影响到材料的性能。
例如，不同的相之间的组成和比例会影响到材料的塑性、强度和耐蚀性等性能。
三、金属材料的建模对于金属材料的建模，通常采用力学、数学、计算机等方法，来预测材料的性能和行为。
例如，通过有限元分析方法，在研究金属结构件的变形时，可以将其进行细分，以模拟材料受载荷变形的过程。
同时，还可以通过实验结果来验证和修正数学模型，以提高其精度和可靠性。
此外，还可以借助计算机模拟技术，对金属材料的内部结构进行三维重构，然后进行模拟实验，以分析和预测材料的性能和行为。
第二章 金属的材料的组织结构1
三种常见的金属晶体结构
体心立方晶格 bcc
面心立方晶格 fcc
密排六方晶格 hcp
（1）体心立方晶格 bcc
如-Fe、W、V、Mo 等
Z
晶格常数：a=b=c； = = = 90 晶胞原子数： 2
c
a a
X
原子半径：
致密度：0.68 致密度=Va /Vc，其中 Vc:晶胞体积a3 Va:原子总体积24r3/3
912 C
-Fe，fcc
-Fe，bcc
纯铁的冷却曲线
T
1538
1394
912
770
铁磁性
}-Fe，bcc
}
}-Fe，fcc
-Fe，bcc
Cooling curve
t
四、合金的相结构
基本概念
固溶体
化合物
1、基本概念
合金——两种以上元素组合成的、具有金属特性的 物质。如，Cu-Zn, Fe-C等合金 组元——组成合金的最基本、独立的物质（元素、 稳定化合物）。如，Fe-C合金中，Fe、C均为组元。 相——化学成分、结构相同，且以界面分开的各均 匀组成部分。
2、匀晶相图
产生单一固溶体相的合金相图
两组元在液态无限互溶，在固态也无限互 溶，冷却时发生匀晶转变的合金系→匀晶 相图（L→α）。 如Cu-Ni，Fe-Cr，Au-Ag
二元匀晶相图
铜镍相图
液相线 T,C 1500 1400 1300 1200 1100 1000 1083 纯铜 熔点 Cu 固相区 20 40 60 Ni% 80 100 L 液相区
对策：扩散退火
杠杆定律
金属材料的结构和力学性能
金属材料的结构和力学性能金属材料是人类社会发展过程中不可或缺的重要材料之一。
它们以其独特的结构和力学性能，广泛应用于工业、建筑、交通等领域。
本文将探讨金属材料的结构和力学性能，并探索其在不同领域中的应用。
一、金属材料的结构金属材料的结构是由金属原子的排列方式决定的。
一般来说，金属材料的结构可以分为晶体结构和非晶体结构两种。
晶体结构是指金属原子按照一定的规律排列形成的结构。
最常见的晶体结构是面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。
在面心立方结构中，金属原子分布在一个立方体的八个顶点和六个面心上；在体心立方结构中，金属原子分布在一个立方体的八个顶点和一个立方体的中心；在简单立方结构中，金属原子仅分布在一个立方体的八个顶点上。
这些结构的不同排列方式决定了金属材料的性能。
非晶体结构是指金属原子的排列方式没有规律性。
它们通常具有高度的无序性和非晶性，使得金属材料具有特殊的性能，如高硬度、高强度和高韧性。
非晶体结构常见于特殊的金属合金中，如玻璃金属。
二、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
主要包括强度、韧性、硬度和延展性等指标。
强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力。
它可以分为屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是指金属材料开始发生塑性变形时所承受的最大应力；抗拉强度是指金属材料在拉伸过程中承受的最大应力；抗压强度是指金属材料在压缩过程中承受的最大应力。
这些强度指标直接影响金属材料的使用范围和承载能力。
韧性是指金属材料在受力过程中能够吸收能量的能力。
它是金属材料抵抗断裂的能力的重要指标。
韧性高的金属材料具有较好的抗冲击性和抗疲劳性。
硬度是指金属材料抵抗局部塑性变形的能力。
硬度高的金属材料通常具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
延展性是指金属材料在拉伸过程中能够发生塑性变形的能力。
具有良好延展性的金属材料可以在外力作用下发生较大的变形而不破裂。
三、金属材料的应用金属材料的结构和力学性能使其在各个领域中得到广泛应用。
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构晶体结构是金属材料中最基本的组织结构。
金属材料的晶体结构是由原子通过化学键的方式排列而成的。
金属晶体结构通常为紧密堆积或者是面心立方结构。
紧密堆积的晶体结构中，原子分布紧密，没有空隙，金属的密度较高。
而面心立方结构中，每个原子周围都有最靠近的三个原子，因此，金属的面心立方结构也是最密堆积的结构之一、晶体结构的不同将导致金属的性能也有所不同。
晶粒结构是金属材料中相当重要的组织结构。
晶粒是由具有相同晶体结构的晶体单元构成的。
在金属材料加工过程中，晶粒会逐渐生长，最终形成多个晶粒相邻而不连续的结构。
晶粒的大小和形状对金属的性能非常重要。
晶粒尺寸越大，金属的强度就越低，但是其塑性和韧性会增加；而当晶粒尺寸较小时，金属的强度会提高，但是韧性和塑性会降低。
晶粒形状的不均衡也会对金属的性能产生重要影响。
晶粒中的缺陷（如晶界、孪晶等）也会影响金属的强度和韧性。
相结构是金属材料中不同组分的混合结构。
金属材料可以由一个或者多个相组成。
相是指具有相同化学成分和结构的区域。
在金属材料中，不同相之间的晶粒大小和分布状态也会影响材料的性能。
例如，在金属合金中，可以通过控制相的种类和分布来调节材料的硬度、强度、抗腐蚀性等性能。
除了上述的基本组织结构外，金属材料中还存在一些其他的组织结构，如晶体缺陷、析出物和纹理等。
晶体缺陷是指晶体中的缺陷或者杂质。
晶体缺陷的种类包括点缺陷（如空位、间隙原子等）、线缺陷（如晶界、位错等）和面缺陷（如孪晶界等）。
晶体缺陷会影响金属的力学性能和电学性能。
析出物是金属中的第二相，它们通过固溶度和固相反应形成。
析出物的尺寸和形状也会影响材料的性能。
纹理是指金属材料中晶粒的方向分布，它会对材料的机械性能、磁性能等产生影响。
综上所述，金属材料的组织结构对其性能和用途有着重要影响。
晶体结构、晶粒结构和相结构是金属材料的基本组织结构。
晶体结构决定了金属的原子排列方式，晶粒结构影响金属的强度和韧性，相结构调节金属的性能调节。
九年级化学金属结构知识点
九年级化学金属结构知识点化学中的金属结构是指金属元素的原子是如何排列和连接在一起的。
金属结构的研究对于理解金属的性质、特点和应用具有重要意义。
下面将介绍九年级化学中与金属结构相关的几个知识点。
一、金属元素的晶体结构金属元素在固态下通常具有晶体结构。
晶体结构是由大量原子按照一定的规律排列而成。
最常见的金属晶体结构有体心立方格子、面心立方格子和密堆积结构。
1. 体心立方格子体心立方格子中，每个立方体的几个角和体对角上都有一个金属原子，每个面的中心也有一个金属原子。
常见的体心立方格子结构的金属有铁、钴、镍等。
2. 面心立方格子面心立方格子中，每个面的中心都有一个金属原子。
常见的面心立方格子结构的金属有铜、铝等。
3. 密堆积结构密堆积结构中，金属原子按照一定的规律连续堆积形成六角密堆积。
常见的密堆积结构的金属有银、金等。
二、合金的形成和应用合金是由两种或两种以上金属元素组合而成的固态材料。
合金通常具有比单一金属更好的性能和应用特点。
1. 合金的形成合金的形成可以通过熔炼、冶炼、固溶和共晶等过程实现。
熔炼就是将两种或两种以上的金属熔化混合，然后再冷却凝固形成合金。
冶炼是在固态下将多种金属加热熔化后混合。
固溶是指在某一金属中溶解其他金属元素，形成一种均匀的固溶体。
共晶是指两种或两种以上金属在液态下按一定比例混合后冷却结晶形成具有特殊结构的固体。
2. 合金的应用合金具有优异的物理性质和化学性质，因此广泛应用于各个领域。
例如，铜合金常用于制作电线、电缆和导线等电气设备。
铝合金常用于制造航空器、汽车和建筑材料等。
钢是铁和碳的合金，用于制造建筑结构、汽车、船舶和大型机械等。
合金还可以通过调整成分比例和加入其他金属元素来改变其硬度、强度和耐腐蚀性能，满足不同的需求。
三、金属的导电性和导热性金属具有良好的导电性和导热性，这与金属的结构有关。
1. 导电性金属中的原子形成一个一个的等间距排列，并且原子之间用电子云连接。
这种电子云的存在使得金属具有良好的导电性。
金属材料的构造与性质
金属材料的构造与性质金属材料是最常见的一种材料，广泛应用于各个领域中。
其独特的性质为工业和现代社会的发展做出了巨大的贡献。
本文将从金属材料的构造与性质两个方面来进行论述。
一、金属材料的构造1.1 原子结构金属材料由金属原子构成。
金属原子通常由原子核和外围的价电子构成，形成球形的电子云。
电子云中的价电子可以自由地在相邻的原子之间移动，形成电子“海洋”。
这也是金属的“电子云定律”。
1.2 晶体结构金属原子按照一定的规律排列在空间中，构成晶体结构。
晶体结构分为三种类型：面心立方、体心立方和六方密堆积。
其中，面心立方是最常见的一种结构，也是金属的典型晶体结构。
1.3 金属的晶体缺陷在制备金属材料的过程中，晶体中不可避免地存在缺陷。
缺陷会严重影响金属材料的性质和强度。
常见的缺陷包括晶界、孪生、位错和空洞等。
二、金属材料的性质2.1 机械性能金属材料的机械性能包括强度、韧性、硬度、延展性、抗疲劳性和变形能力等。
金属的机械性能和其晶体结构、晶粒尺寸、杂质含量和孪晶等因素有关。
2.2 热学性能金属材料的热学性能包括热膨胀系数、比热容、热导率和热膨胀系数等。
这些性能对于金属在高温条件下的应用至关重要。
此外，金属的热膨胀系数也影响到了金属材料的加工和维修。
2.3 导电性能金属材料的导电性能是其众所周知的性能之一。
金属中自由的电子使得电子在金属内自由运动，从而形成电流。
此外，金属材料还有磁性和光学性能。
三、金属材料的制备金属材料制备的方法有很多种。
主要包括熔融法、粉末冶金法、化学还原法和表面改性方法等。
常见的金属材料制备方法包括熔融法和电化学法。
3.1 熔融法熔融法是制备金属材料的主要方法之一，可以制备出高质量的、纯净的金属材料。
这种方法主要利用金属材料在高温下的熔化、混合、增塑等特性。
常见的熔融法包括真空熔炼、电弧炉熔炼和工程炉熔炼等。
3.2 电化学法电化学法是一种依靠金属离子在电场中的迁移、沉积和还原等特性来制备金属材料的方法。
金属材料的结构和性能分析
金属材料的结构和性能分析金属材料是人们广泛应用的一类材料，它们具有较高的强度、塑性和导电性等特点，适用于制作各种零部件、机器、设备、工具等。
然而，金属材料的性能受其结构的影响较大，不同的结构会导致材料的性能有所不同。
因此，对金属材料的结构和性能进行分析对于选择合适的材料、设计合理的零部件、预测材料的工作寿命等方面均有指导意义。
一、金属材料的结构在金属材料中，原子呈现出有序和规则的排列状态。
这种颗粒有序排列的状态被称为晶体。
晶体中的原子受力形成了一种三维周期结构，其外形规则，呈现出多面体结构。
这种结构具有各向同性（性质与方向无关）的特点。
晶体结构分为立方晶系、四方晶系、六方晶系、三斜晶系、正交晶系和单斜晶系等六类结构。
不同的晶体结构会导致材料的性质发生变化，这也为材料的选择提供一定的依据。
例如，铝、铜、银等材料属于面心立方晶系结构，具有良好的塑性和导电性，适用于制作各种常规零部件。
而碳化硅、硅等材料则采用六方晶系结构，具有良好的高温性能和耐腐蚀性能，适用于制作高温加热元件和耐腐蚀零部件。
二、金属材料的性能金属材料的性能主要包括力学性能、塑性和热性能等方面。
这些性能直接影响着材料在使用时的表现和寿命。
以下是一些常见的金属材料性能分析：1.力学性能力学性能是指材料在受到外力作用下产生的变形、强度以及疲劳寿命等方面的性能。
其中，强度是材料承受外力的能力，通常有屈服点、断裂点等指标来表示。
而变形指材料受到外力时，发生的塑性和弹性变形，这会直接影响着材料在使用时的表现。
此外，疲劳寿命则是材料在反复受到载荷作用下的寿命，该指标与零部件的使用寿命密切相关。
2.塑性塑性是指材料在受力作用下向任意方向发生塑性变形的能力。
由于金属材料的晶体结构具有各向同性的特点，其塑性也表现为各向同性。
材料的塑性不仅可以通过其晶体结构来调控，也可以通过掺杂、热处理等工艺手段来调节。
塑性是金属材料最基本的性能之一，它影响着材料的加工性、成形性以及材料的通用性。
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T0称为理论结晶温度。但在实际生产中，金属由液态结晶为固 态时冷却速度都是相当快的，金属总是要在理论结晶温度T0以 下的某一温度Tn，才开始进行结晶，温度Tn称为实际结晶温 度。实际结晶温度Tn总是低于理论结晶温度T0的现象称为过 冷现象。二者温度之差称为过冷度，用△T表示，即 △ T=T0-Tn界。实际金属总是在过冷情况下进行结晶的，所 以过冷是金属结晶的一个必要条件。
属于面心立方晶格的金属有: γ-Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag, Pb等。
(3)密排六方晶格。密排六方晶格晶胞如图2 -4所示。在晶胞 六方柱体的十二角和上下底面中心各有一个原子，晶胞的中间 还有三个原子。
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2.1 金属材料晶体结构
晶胞十二个角的原子均为六个晶胞所共有，上下底面上的原子 为两个晶胞共有，晶胞中间的三个原子为该晶胞独有，所以密 排六方晶格晶胞中的原子个数为3+12 x 1/6+2 x 1 /2=6个。
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2.1 金属材料晶体结构
3.面缺陷 面缺陷主要是指晶界与亚晶界。晶粒之间的界面称为晶界。
晶界可以被看成是两个邻近晶粒间具有一定宽度的过渡地带， 其原子排列是不规则的，处于相邻两晶粒取向的拆中位置上， 如图2 -9所示。 在电子显微镜下观察晶粒可以看出，每个晶粒都是由一些小 晶块组成，称这些小晶块为亚晶粒。两个亚晶粒的边界是由晶界，如图210所示。
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2.1 金属材料晶体结构
晶界处的晶格畸变，比晶粒内部具有高的能量。因此，晶界具 有在常温下强度和硬度较高的特点，且随晶粒细化，强度与硬 度正比例增长;在高温下晶界的强度和硬度较低;晶界容易被腐 蚀;晶界的熔点较低;晶界处原子扩散速度较快等一系列特性。
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2.2 纯金属的结晶
2.3 合金的形成
2.3.2合金形成相结构的方式
合金中相结构是指合金组织中相的晶体结构。根据合金中 各组元间的相互作用，合金中的相结构主要有固溶体和金属化 合物两大类。
项目二 金属材料结构的认识
2.1 金属材料晶体结构 2.2 纯金属的结晶 本篇小结
2.1 金属材料晶体结构
2.1.1 晶体与非晶体
物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不 同，可将固态物质分为晶体和非晶体两大类。
凡内部质点按一定的几何规律呈周期性规则排列的物质称 为晶体，如所有固态金属都是晶体。晶体通常具有固定的熔点 和各向异性等特性。
内部质点无规则地堆积在一起的物质称为非晶体，如玻璃、 松香、沥青等都是非晶体。非晶体通常在整体上是无序的，但 原子间靠化学键结合在一起，所以在有限小的范围内观察也有 一定的规律。
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2.1 金属材料晶体结构
非晶体材料往往没有固定的熔点，在各个方向的性能是相同的， 即所谓各向同性。
晶体与非晶体在一定条件下可互相转化。如金属液体在高 速冷却下可以得到非晶态金属;玻璃经适当热处理可形成晶体 玻璃。有些物质，内部结构可看成是有序和无序的中间状态， 如塑料、液晶等。
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2.1 金属材料晶体结构
晶胞每个角上的原子均为八个晶胞所共有，六面体每个面上的 原子为两个晶胞共有，所以面心立方晶胞中的原子数为 6x1/2+8x1/8=4个。
晶胞六面体的每个面上对角线方向上原子是彼此紧密相接触 排列的，此对角线的长度应为 (a为六面体棱边长度)，可 计算出面心立方晶格原子半径:r= /4 。
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2.3 合金的形成
2.3.1合金、相和组织的基本概念
所谓合金是指两种或两种以上的金属或金属与非金属，经 熔炼或烧结而成的具有金属特性的物质。组成合金的最基本的、 独立的物质叫做组元(简称元)。组元可以是金属、非金属或稳 定化合物。根据组成合金的组元数目，可将合金分为二元合金、 三元合金、多元合金等。例如，黄铜是由铜和锌组成的二元合 金;碳钢是铁与碳组成的二元合金;硬铝是由铝、铜、镁组成的 三元合金。由给定的组元可以配制成一系列不同合金，组成一 个系统，称为合金系。
2.常见的晶格类型
(1)体心立方晶格。体心立方晶格晶胞如图2 -2所示。晶胞 是一个正六面体，除晶胞的八个角上各有一个原子外，中心还 有一个原子。
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2.1 金属材料晶体结构
晶胞每个角上的原子均为八个晶胞所共有，而中心原子为该晶 胞所独有，所以体心立方晶胞中的原子数为 1+8x1/8= 2(个)。
晶胞的对角线方向上原子是彼此紧密相接触排列的，此对角线 的长度应为 (a为六面体棱边长度)，可计算出体心立方晶 格原子半径r= /4 .
属于体心立方晶格的金属有 -Fe, Cr, W, V, Mo等。 (2)面心立方晶格。面心立方晶格晶胞如图2-3所示。晶胞是
一个正六面体，除在晶胞八个角上各有一个原子外，在各个面 的中心还有一个原子。
形核方式分为自发形核和非自发形核两种。在一定的过冷条件 下，仅依靠本身的原子有规则排列而形成晶核，称为自发形核， 又称均质形核。实际铸造生产中，这种形核现象很少。通常金 属液中总是存在着各种固态杂质微粒，依附在这些杂质表面很 容易形成晶核，这种形核过程称为非自发形核，又称非均质形 核。
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2.纯金属的结晶过程 结晶过程总是从形成一些极小的晶体开始，这些细小晶体称为
晶核。随着温度下降，液体中的原子不断向晶核聚集，使晶核 不断长大;
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2.2 纯金属的结晶
同时液体中会不断有新的晶核形成并长大，直到各晶粒之间相 互接触、液体完全消失为止。所以，结晶的基本过程是形核与 其长大过程。如图2-12所示。
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2.1 金属材料晶体结构
(3)晶格常数。为研究晶体结构，在晶体学中还规定用晶格参
数来表示晶胞的几何形状及尺寸。晶格参数包括晶胞的棱边长
度a, b,c和棱边夹角α , β, γ ，如图2-1 (c)所示。晶胞的
各棱边长度的单位为
。
由于金属中原子之间的键力较强，且无方向性，所以在金属 晶体中，原子总是趋于结合得最紧密。其中最常见的金属晶格 类型主要包括体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格3 种。
原子由不规则排列的液态逐步过渡到规则的晶体状态的过 程称为结晶。金属结晶时形成的铸态组织，不仅影响其铸态性 能，而且也影响随后经过一系列加工后材料的性能。因此，掌 握结晶规律可以帮助我们有效地控制金属的结晶过程，从而获 得性能优良的金属材料。
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2.2 纯金属的结晶
2.2.1纯金属结晶过程
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2.2 纯金属的结晶
3.附加振动 在金属结晶时，对液态金属施加机械振动、超声波振动、电磁
振动等措施，可使液体中长大了的晶体破碎，增加晶核数目， 获得细晶组织。
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2.3 合金的形成
纯金属虽然具有许多优良的性能并获广泛应用，但其强度和硬 度一般都很低，远不能满足零件的使用要求。因此，工业上用 量最大、范围最广的金属材料是合金。
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2.1 金属材料晶体结构
2.线缺陷 晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象叫做位
错。通常位错分为两种:一种是刃形位错;另一种是螺形位错。 如图2 -7所示，在晶体的某一水平面上，多出一个半原子面，
这个半原子面如同刀刃一样插入晶体，称为刃形位错。刃形位 错可用符号 表示。 如图2-8所示，晶体上下两部分的原子排列面在某些区域相互 吻合的次序发生错动，使不吻合的过渡区域原子排列呈螺旋形， 称为螺形位错。 在位错附近区域产生晶格畸变。位错很容易在晶体中移动，对 金属的塑性变形、强度、扩散、相变等力学性能和物理化学性 能都起着重要的作用。
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2.3 合金的形成
相是指金属或合金中化学成分、晶体结构及原子聚集状态 相同的，并于其他部分有明显界面分开的均匀组成部分。如纯 金属在液态或固态时均为一个相，分别称为液相和固相。
组织是指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布 方式不同的一种或多种相构成的组合形貌。
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晶胞上下底面上的原子是彼此紧密相接触排列的，可计算出密 排六方晶格原子半径r=a/2 (a为六边形的边长)。
属于密排六方晶格的金属有:Mn, Zn, Be, Cd等。
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2.1 金属材料晶体结构
2.1.3 实际晶体中的缺陷
实际金属通常都是由很多外形不规则的小晶粒组成的，称为 多晶体。同一种材料所有晶粒的结构完全相同，但彼此之间原 子排列位向不同，使金属的性能在各个方向上基本是一致的， 这种现象称为“伪各向同性”，如图2 -5所示。
足够大的能量时，能克服周围原子对它的牵制作用，脱离平衡 位置而逃走，使结构中出现了空结点，称为空位。当金属中含 有杂质，而这些杂质原子又相当小时，这些杂质原子往往存在 于金属晶格的间隙中，称为间隙原子。当异类原子占据晶格的 位置时，称为置换原子，如图2-6所示。 由于空位、间隙原子、置换原子的存在引起周围晶格畸变， 结果使金属屈服点增高，影响金属的部分物理性能和化学性能。
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2.2 纯金属的结晶
结晶温度通常采用热分析法测量，即先将金属熔化，并使温 度均匀，然后以极慢的速度冷却，记录下温度随时间的变化曲 线，称为冷却曲线，如图2-11所示。
纯金属结晶时，在冷却曲线上出现平台的原因，是由于金属在 结晶过程中，释放的结晶潜热补偿了外界散失的热量，使温度 并不随冷却时间的增加而下降，直到金属结晶终了后，已没有 结晶潜热补偿散失的热量，故温度又重新下降。
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2.2 纯金属的结晶
1.增加过冷度 从图2-13可以看出，过冷度增大，形核率和长大速度都增大，
但前者的增大更快，因此结晶后晶粒就越细。在铸造工业中， 由砂型铸造改为金属模铸造，可提高铸件的力学性能，就是利 用增大过冷度来细化晶粒所致。 2.变质处理 细化晶粒的另一种方法是在浇注前向金属液体中加入一些能促 进形核或抑制晶核长大的物质，使金属晶粒细化，这种方法称 为变质处理(也称孕育处理)。 例如，在浇铸铁液前加入硅铁或硅钙合金，在铝合金中加入微 量钦或铝，都能达到细化晶粒的目的。