铁的三种晶体结构
结晶与相图铁碳合金工程材料基础知识
20钢
F+P基体+G球
（1）增加过冷度 随着过冷度的增加，形核率和长大速度都会增加，但形核率增加比长大速度增加要快，所以产生的晶核数目增加。因此，通过加快冷却速度，即增加过冷度，可使晶粒细化。 （2）变质处理 在金属液中加入变质剂（高熔点的固体微粒），以增加结晶核心的数目，从而细化晶粒，这种方法称变质处理，变质处理在生产中应用广泛，特别对体积大的金属很难获得大的过冷度时，采用变质处理可有效地细化晶粒。 （3）附加振动等 在金属结晶时、施以机械振动、电磁振动、超声波振动等方法，可使金属在结晶初期形成的晶粒破碎，以增加晶核数目，起到细化晶粒的目的。
三、金属铸锭的组织
[合金]：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的、具有金属特征的物质称为合金。 [组元]：组成合金最基本的、独立的单元称为组元。根据组元数目的多少，可将合金分为二元合金、三元合金等。 [相]：合金中的相是指有相同的结构，相同的物理、化学性能，并与该系统中其余部分有明显界面分开的均匀部分。固态下只有一个相的合金称为单相合金；由两个或两个以上相组成的合金称为多相合金。合金的的相结构主要有固溶体和金属化合物。 [显微组织]：在显微镜下观察到的组成相的种类、大小、形态和分布称为显微组织，简称组织，因此相是组成组织的基本物质。
（2）金属化合物 [金属化合物]：是合金中各组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，其晶体结构一般比较复杂，而且不同于任一组成元素的晶体类型。它的组成一般可用分子式来表示，如铁碳合金中的Fe3C（渗碳体）。 [金属化合物性能]：一般熔点高，性能硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分布于固溶体基体上时，能使合金的强度、硬度、耐磨性等提高，这一现象称为弥散强化，因此，合金中的金属化合物是不可缺少的强化相；但由于金属化合物的塑性、韧性差，当合金中的金属化合物数量多或呈粗大、不均匀分布时，会降低合金的力学性能。 合金的组织可以是单相固溶体，但由于其强度不够高，其应用具有局限性；绝大多数合金的组织是固溶体与少量金属化合物组成的混合物。
铁的晶体结构类型
铁的晶体结构类型铁是一种常见的金属元素，其晶体结构类型有多种。
本文将介绍铁的晶体结构类型及其特点。
1. α铁α铁是一种体心立方晶体结构，其晶格常数为2.87 。
在常温下，铁的晶体结构为α铁。
α铁的晶格中，每个原子周围有8个相邻原子，原子间的距离为2.55 。
α铁的密度为7.87 g/cm，熔点为1538℃。
2. γ铁γ铁是一种面心立方晶体结构，其晶格常数为3.52 。
在高温下，铁会转变为γ铁。
γ铁的晶格中，每个原子周围有12个相邻原子，原子间的距离为2.87 。
γ铁的密度为7.81 g/cm，熔点为1495℃。
3. δ铁δ铁是一种体心立方晶体结构，其晶格常数为2.85 。
在高温下，铁会转变为δ铁。
δ铁的晶格中，每个原子周围有8个相邻原子，原子间的距离为2.50 。
δ铁的密度为7.80 g/cm，熔点为1539℃。
4. ε铁ε铁是一种六方最密堆积晶体结构，其晶格常数为2.86 。
在高温下，铁会转变为ε铁。
ε铁的晶格中，每个原子周围有12个相邻原子，原子间的距离为2.49 。
ε铁的密度为7.87 g/cm，熔点为1394℃。
综上所述，铁的晶体结构类型有α铁、γ铁、δ铁和ε铁。
不同的晶体结构类型对铁的物理和化学性质有影响。
例如，γ铁可以吸收大量的碳，形成强韧的钢铁；α铁则不易形成钢铁。
此外，铁的晶体结构类型还与其磁性有关。
在常温下，铁为铁磁性物质，但在高温下，铁会失去磁性。
总之，铁的晶体结构类型是铁学研究的重要内容之一。
通过研究不同的晶体结构类型，可以深入了解铁的物理和化学性质，为铁的应用和开发提供理论基础。
铁的晶体结构类型
铁的晶体结构类型
铁是一种广泛应用的金属元素，其晶体结构类型对于其物理和化学性质具有重要影响。
本文将介绍铁的晶体结构类型，并探讨其对铁的性质的影响。
铁的晶体结构类型主要有三种：体心立方晶体结构、面心立方晶体结构和六方最密堆积晶体结构。
体心立方晶体结构是指铁原子在晶体中以体心立方的方式排列，每个原子周围有8个邻居原子。
这种结构类型具有较高的密度和较强的力学性能，因此被广泛应用于制造高强度钢铁材料。
面心立方晶体结构是指铁原子在晶体中以面心立方的方式排列，每个原子周围有12个邻居原子。
这种结构类型具有较高的热稳定性和良好的导电性能，因此被广泛应用于电子器件和高温材料中。
六方最密堆积晶体结构是指铁原子在晶体中以六方最密堆积的
方式排列，每个原子周围有12个邻居原子。
这种结构类型具有较高的硬度和强度，因此被广泛应用于制造刀具和硬质合金材料中。
铁的晶体结构类型对于铁的性质具有重要影响。
以体心立方晶体结构为例，由于其具有较高的密度和较强的力学性能，因此可以制造出高强度的钢铁材料，适用于制造桥梁、建筑结构等大型工程。
而面心立方晶体结构则具有良好的导电性能和热稳定性，因此适用于制造电子器件和高温材料。
六方最密堆积晶体结构则具有较高的硬度和强度，适用于制造刀具和硬质合金材料。
总的来说，铁的晶体结构类型对于其性质具有重要影响，不同的
结构类型适用于不同的应用领域。
因此，在制造铁材料时，需要根据具体应用需求选择合适的晶体结构类型，以充分发挥铁材料的性能优势。
分析纯铁的晶体结构与结晶过程
分析纯铁的晶体结构与结晶过程一、学习目标知识目标：·了解晶体、晶格、晶胞、晶粒的概念及常见的三种晶格类型；·明确金属实际晶体结构；·掌握纯铁的同素异晶转变；·熟悉合金的概念及合金的相结构；·了解金属与合金的结晶过程。
能力目标：·熟悉金属或合金的结晶过程及规律，能有效控制金属的结晶过程，改善金属材料的组织和性能。
二、任务引入纯铁是由铁矿石经冶炼而成的，先得到温度较高的铁水，铁水经冷却后形成高温固态铁，然后在逐渐冷却到室温。
液态铁水经过什么变化形成固态铁，高温固态铁冷却过程中铁的结构是否发生变化？三、相关知识材料的性能取决于材料的组织结构，而材料的组织结构由它的化学组成和加工工艺决定的。
也就是说不同的金属材料具有不同的性能，即使是同一种金属材料，在不同的加工条件下其性能也是不同的。
金属性能的这些差异，从本质上来说，是由其内部结构所决定的。
（一）常见的金属晶格类型1.晶体与非晶体自然界中的固态物质都是由原子组成的，根据原子排列的状况不同，可以将物质分为晶体和非晶体两大类。
（1）晶体物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的称为晶体，如金刚石、石墨及固态金属和合金。
（2）非晶体在物质内部，凡是原子呈无规则、杂乱地堆砌在一起的称为非晶体，如松香、普通玻璃、沥青、石蜡等。
晶体与非晶体因原子排列方式不同，它们的性能也有差异。
晶体具有固定的熔点，其性能呈各向异性，而非晶体没有固定的熔点，呈各向同性。
2.晶格与晶胞晶体内部的原子是按照一定规则排列的。
为了便于理解，将金属晶体中原子看成一个小球，图1-7（a）是金属晶体中原子在空间作有规则排列的简单模型。
为了说明排列的方式，人为地把原子看成一个点，用假想的线将各原子的中心连结起来，这样就得到一个抽象化了的空间格架，见图1-7（b）。
这种用于描述原子在晶体中排列规律的空间格架称为晶格。
（a）晶体的原子排列模型（b）晶格（c）晶胞图1-7 晶体、晶格和晶胞示意图由上图可见，晶格是由许多形状、大小相同的最小几何单元重复堆积而成的。
铁的分子晶体结构模型
铁的分子晶体结构模型铁是一种常见的金属元素，它具有重要的工业价值和广泛的应用。
为了深入了解铁的性质和特点，我们需要了解其分子晶体结构模型。
铁的分子晶体结构模型是指由铁原子组成的晶格结构，通过这种结构，我们可以更好地理解铁的性质和行为。
铁的分子晶体结构模型是由多个铁原子通过共享电子而形成的。
每个铁原子都有26个电子，其中有两个电子处于最外层的s轨道中，剩下的24个电子则处于d轨道中。
这些电子通过相互作用形成了不同的化学键，从而将铁原子连接在一起。
在铁的晶体结构中，铁原子的排列非常有序。
每个铁原子都与周围的六个铁原子形成了八面体的结构。
这种八面体的结构可以理解为每个铁原子周围都有六个邻近的铁原子，它们之间通过共享电子形成了化学键。
铁的分子晶体结构模型还表明，铁原子之间的化学键是非常强大的。
这种强大的化学键是铁具有高熔点和高硬度的重要原因。
此外，铁的分子晶体结构模型还使得铁具有良好的导电性和磁性。
由于铁原子之间的电子互相作用，使得铁具有良好的电子传导性能。
同时，铁原子之间的磁性相互作用也使得铁成为一种具有磁性的材料。
铁的分子晶体结构模型对我们理解铁的性质和行为非常重要。
通过这种模型，我们可以更好地理解铁的熔点和硬度，以及其在电子传导和磁性方面的特点。
此外，铁的分子晶体结构模型还为我们研究铁的改性和应用提供了重要的基础。
总结起来，铁的分子晶体结构模型是由铁原子通过共享电子而形成的有序结构。
这种结构使得铁具有高熔点、高硬度、良好的导电性和磁性。
通过深入了解铁的分子晶体结构模型，我们可以更好地理解铁的性质和行为，为铁的应用和改性提供重要的基础。
铁碳相图
铁碳合金相图钢铁应该是机械行业使用最广泛的合金,先来看看纯铁，纯铁中铁的质量百分比在99.8-99. 9，在1538℃结晶为δ-fe，晶格为体心立方（还记得体心立方的晶格是啥样吧），在1394℃是晶体结构发生转变，变为γ-fe，晶格为面心立方，在912℃时再次发生转变，变为α-fe，晶格为体心立方，这是铁的三种同素异晶状态。
这种固态下的同素异晶转变称之为重结晶，它与钢的合金化与热处理有密切关系。
那么铁碳合金又是怎么回事呢？碳可以溶于γ-fe和α-fe中，以间歇原子的形势存在。
在1394℃时，碳溶于γ-fe，称为奥氏体，这时碳一般存在于面心立方的8面体空隙中，在912℃时，碳溶于α-fe，称为铁素体，碳存在于体心立方的8面体空隙中。
其实碳也能溶于δ-fe，0.09%，太少了。
说了这么多，纯铁的塑性和韧性很好，但是强度太低了，所以工业上一般都是用的铁碳合金。
碳可以溶于铁中，但是溶量有限，于是剩下的碳以两种形式存在，一种形式是与铁的间歇化合物fe3c，称为渗碳体，一种是石墨。
ok，我们来看看fe-fe3c合金相图（本来已开始想写一篇相图的blog，但是感觉没有什么好写的）。
由图我们可以看到碳的含量最高可以到6.69%，处于ABCD连线以上的部分为液相区，AHJEC F连线以下为固相区，HJB线这一段发生了包晶转变，包晶转变是指在结晶过程中，已成为固相的部分被液相部分包围从而转变成另一种固相部分，液相的B和δ相的H转变为γ相的J,我们可以看到，这条线非常的短，说明发生转变的区域碳的含量范围很窄为0.09%-0.53%。
ECF线发生了共晶转变，共晶转变是指某液相在结晶时同时转变为两种固相，液相C转变为γ相E和fe3c,γ-fe和fe3c的机械混合物称为莱氏体，这条线就比较长了，说明发生转变的碳的范围比较宽，为2.11%-6.69%。
PSK线发成的是共析转变，共析转变是指由一种固相转变为两种固相的变化，γ-fe转变为α-fe和fe3c，α-fe和fe3c的机械混合物称为珠光体，可以看到发生这个转变的碳的含量范围是相当的宽了，超过0.0218%的碳含量的合金都要发生这个转变。
(人教版2019选择性必修2)高二化学课时精练17 金属晶体(原卷版)
课时精练17 金属晶体1．金属键的实质是()A．金属阳离子和自由电子之间的相互排斥B．阴、阳离子之间的相互作用C．金属阳离子和自由电子之间的相互吸引D．金属阳离子和自由电子之间的相互作用2．金属晶体的形成是因为晶体中存在()①金属原子②金属阳离子③自由电子④阴离子A．只有①B．只有③C．②③D．②④3．下列不能用电子气理论解释的是( )A．导电性B．导热性C．延展性D．锈蚀性4．下列关于金属键与金属性质关系的描述中，不正确的是()A．自由电子吸收可见光后又迅速地释放，使金属具有不透明性和金属光泽B．金属的导电性是由自由电子的定向运动体现的C．金属的导热性是通过自由电子与金属阳离子的相互碰撞完成的D．金属的导热性和导电性都是通过自由电子的定向运动完成的5．下列有关金属的说法正确的是()A．常温下都是晶体B．最外层电子数小于3个的都是金属C．任何状态下都有延展性D．都能导电、传热6．可用自由电子与金属离子的碰撞中有能量传递来解释的物理性质是() A．金属是热的良导体B．金属是电的良导体C．金属有良好的延展性D．有金属光泽，不透明7．下列性质体现了金属通性的是()A．铁能够被磁铁磁化B．铝在常温下不溶于浓硝酸C．铜有良好的延展性、导热性和导电性D．钠与水剧烈反应放出氢气8．金属能导电的原因是()A．金属晶体中的金属阳离子与自由电子间的作用较弱B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子9．金属材料具有良好的延展性的原因是( )A．金属原子半径都较大，价电子数较少B．金属受外力作用变形时，金属中各原子层会发生相对滑动C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速率加快D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量10．要使金属熔化必须破坏其中的金属键，而原子化热是衡量金属键强弱的依据之一。
下列说法正确的是( )A．金属镁的硬度大于金属铝B．金属镁的熔点低于金属钙C．金属镁的原子化热大于金属钠的原子化热D．碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐升高的11．下列关于金属性质和原因的描述不正确的是()A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属阳离子发生碰撞，传递了能量D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键12．根据物质结构理论判断下列说法错误的是()A．镁的硬度大于铝B．钠的熔、沸点低于镁C．镁的硬度大于钾D．钙的熔、沸点高于钾13．金属键的强弱与金属原子价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。
典型的晶体结构
典型的晶体结构1。
铁铁原子可形成两种体心立方晶胞晶体：910℃以下为α－Fe,高于1400℃时为δ－Fe.在这两种温度之间可形成γ－面心立方晶。
这三种晶体相中,只有γ－Fe能溶解少许C.问: 1．体心立方晶胞中的面的中心上的空隙是什么对称?如果外来粒子占用这个空隙，则外来粒子与宿主离子最大可能的半径比是多少？2．在体心立方晶胞中，如果某空隙的坐标为（0,a/2，a/4），它的对称性如何？占据该空隙的外来粒子与宿主离子的最大半径比为多少?3．假设在转化温度之下，这α－Fe和γ－F两种晶型的最相邻原子的距离是相等的，求γ铁与α铁在转化温度下的密度比.4．为什么只有γ－Fe才能溶解少许的C？在体心立方晶胞中，处于中心的原子与处于角上的原子是相接触的，角上的原子相互之间不接触。
a＝（4/3)r。
①②③1．两个立方晶胞中心相距为a,也等于2r＋2r h［如图①]，这里r h是空隙“X”的半径，a＝2r＋2r h＝（4/3）r r h/r＝0。
115(2分）面对角线(2a）比体心之间的距离要长，因此该空隙形状是一个缩短的八面体，称扭曲八面体。
（1分）2．已知体心上的两个原子(A和B)以及连接两个晶体底面的两个角上原子［图②中C和D］.连接顶部原子的线的中心到连接底部原子的线的中心的距离为a/2；在顶部原子下面的底部原子构成晶胞的一半.空隙“h”位于连线的一半处,这也是由对称性所要求的。
所以我们要考虑的直角三角形一个边长为a/2，另一边长为a/4［图③］,所以斜边为16/5a。
（1分) r＋r h＝16/5a＝3/5r r h/r＝0.291（2分）3．密度比＝42︰33＝1。
09（2分）4．C原子体积较大，不能填充在体心立方的任何空隙中,但可能填充在面心立方结构的八面体空隙中(r h/r＝0。
414）.(2分)2。
四氧化三铁科学研究表明,Fe3O4是由Fe2＋、Fe3＋、O2－通过离子键而组成的复杂离子晶体.O2－的重复排列方式如图b所示，该排列方式中存在着两种类型的由O2－围成的空隙，如1、3、6、7的O2－围成的空隙和3、6、7、8、9、12的O2－围成的空隙,前者为正四面体空隙,后者为正八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3＋填充在正四面体空隙中,另一半Fe3＋和Fe2＋填充在正八面体空隙中，则Fe3 O4晶体中正四面体空隙数与O2－数之比为2：1，其中有12。
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铁的三种晶体结构
铁是一种常见的金属，在自然界中广泛存在。
它具有三种不同的晶体结构：α铁、γ铁和δ铁。
α铁是一种稳定的铁晶体结构，在常温下是铁的最稳定相。
它是一种距离最近的紧密堆积结构，其中每个原子都与六个邻近原子紧密地联系在一起。
α铁具有良好的机械性能和磁性能，是最常用的铁晶体结构之一。
γ铁是另一种常见的铁晶体结构，在高温下稳定。
它是一种面心立方堆积结构，其中每个原子都与12个邻近原子接触。
由于γ铁具有更高的热稳定性和更高的弹性，因此通常用于高温应用。
δ铁是一种不稳定的铁晶体结构，只在高压下才会形成。
它是一种更加紧密的结构，其中每个原子都与8个邻近原子接触。
由于δ铁只在极端条件下才会出现，因此它在工业应用中并不常见。
综上所述，铁具有三种常见的晶体结构，每种结构具有不同的性质和应用。
研究这些晶体结构有助于深入了解铁的物理化学特性，并为工业应用提供更多选择。
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