金属的晶体结构
间隙半径：间隙中所能容纳的最大圆球的半径。
体心立方晶格中的间隙
八面体间隙: 6个×0.067a
四面体间隙: 12个×0.126a
体心立方晶格（body-centred cubic）
体心立方金属有：-Fe、Cr、V、W、Mo 等30种 。体心立方晶胞Z Nhomakorabeac
a a 2r
a
bY
X
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2
1+8*1/8=2
原子半径：
致密度：0.68
致密度= Va/Vc，其中 Vc:晶胞体积a3 Va=nV1 =24r3/3 配位数：8 配位数越大，原子排列 越紧密。
四、金属晶体中的晶面和晶向
Z
c
b a
晶面─晶体点阵中，通 过阵点的任一平面，代 Y 表晶体的原子平面，称 为晶面。
第1章 金属的晶体结构
1.1 金属 1.2 金属的晶体结构 1.3 实际金属的晶体结构
本章重点与难点
• ①金属键；建立金属原子的结构模型 。 • ②建立晶格和晶胞的概念；最常见的晶体结构：
体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构； 立方晶系的晶向指数和晶面指数。 • ③晶体中存在的缺陷：点缺陷、线缺陷（位错）、 面缺陷。
晶胞的棱边长度一般称为晶格常数或点阵常数，用a、b、 c表示。晶胞的棱间夹角叫轴间夹角。用α、β、γ表示。
2、七大晶系和十四种布拉菲点阵
依据空间点阵的基本特点划分为七大晶系：
(1) 三斜晶系：
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
(2)单斜晶系：
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(3)正交晶系：
二、晶体结构与空间点阵 1、晶体结构模型的建立
（1） 假设：原子为固定不动的刚球，每个原 子具有相同的环境。
（2）将原子、离子等抽象为几何点（阵点），建 立空间点阵、晶格的概念。
空间点阵
晶格
空间点阵：几何质点(原子)在空间排列的阵列。
晶 格：用假想的线连接各原子中心所构成的描述 原子排列方式的空间格架。
面心立方晶格中的间隙
正八面体间隙: 4个×0.146a
正四面体间隙: 8个×0.06a
密堆六方晶格中的间隙
•密排六方结构的八面体间隙和四面体间隙与面心立方结构 的完全相似，当原子半径相等时，间隙大小完全相等。
•间隙可溶入杂质或溶质原子，尽管体心立方晶格 中间隙总体积大于面心立方晶格，但数目多，尺 寸相对平均，其最大间隙小于面心立方晶体的。
配位数：12
密排六方晶格 （hexagonal close-packed ）
正 六 棱 柱 体 密排六方金属有：Mg、Zn等，还有C（石墨）。
密排六方晶格
轴比c/a≈1.633
晶格常数 底面边长a 底面间距c 侧面间角120 侧面与底面夹角90
a=b≠c； ==90； =120
晶胞原子数：6
12*1/6+2*1/2+3=6
晶体的刚球模型
原子中心位置 （阵点）
（3）在晶格中选取能够完全反映晶格特征的 最小几何单元，建立晶胞概念。
晶胞
晶格中体积最小，对称性最高的平行六面 体，称为晶胞，是能代表原子排列特征的 最小几何单元。 晶胞在三维空间的重复排列构成晶体点阵。
点阵（晶格）模型
晶胞
（4）在晶胞中建立三维坐标体系，描述出晶胞 的形状与大小。
• 面心立方晶格八面体间隙半径（0.146a）比体
心立方晶格中间隙半径较大的四方体间隙半径
（0.126a）还要大，因此面心立方结构容纳其
他原子的能力大。
• 如γ-Fe中最多可容纳2.11%的碳原子，而α-Fe中 最多只能容纳0.02%的碳原子。这在钢的化学热 处理（渗碳）过程中有很重要的实际意义。
• 为什么20CrMnTi的渗碳温度一般为930 ℃左右？
体心立方 bcc Body-centered cubic 面心立方 fcc Face-centered cubic 密堆六方 hcp Hexagonal close-packed
bcc
fcc
hcp
几个重要的概念
• 晶胞原子数(n)：一个晶胞中包含的原子数目。 • 原子半径(r)：晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半，
液体
——固态物体按原子(离子、分子等)是否规则 排列分为两种：晶态、非晶态。
——晶态是热力学稳定的状态，而非晶态是热 力学不稳定的状态。理论上固态物体均应形成 晶态，但当动力学条件不具备时，就可能转变 为非晶态。
2、晶体与非晶体的区别 晶体中原子等质点是规则排列的， 非晶体中原子等质点无规则堆积在一起的。
共价键
碳的价电子是4个，得失电子的机会近似。 原子之间不产生电子的转移，相邻原子以 共用价电子形成稳定的电子满壳层，这种 由共用价电子对产生的结合键称为共价键 。
共价键结合力大，具有方向性， 故共价键材料强度高，硬度高， 脆性大，具有很好的绝缘性。
金刚石、单质硅、SiC等属 于共价键。
金属的一些特性，如具有良好的导电性、导热 性、塑性（延展性），具有金属光泽、不透明、 正的电阻温度系数等都与金属键有关。
原子半径：a/2
致密度：0.74
配位数：12
金属中常见的三种晶体结构特征小结
结构类型
晶胞原子 晶格常 原子半径 配位 致密度
数
数
数
体心立方
2
a
√3a/4
8
0.68
面心立方
4
a √2a/4
12 0.74
密排六方
6
a，c a/2
12 0.74
（1）γ－Fe → α－Fe时发生体积膨胀 ——钢铁淬火时出现 开裂现象的原因。 （2）金属中存在间隙。
沿原子密度最大的方向上相邻两个原子之间距离的一半。 • 致密度（又称密集系数） ：晶胞中所包含原子占有的体积与
该晶胞体积之比（用体积百分数表示）。 致密度= Va/Vc，其中Vc:晶胞的体积; Va:晶胞中原子占有 的总体积，Va=nV1 ， n:晶胞原子数；V1:一个原子的体积。 • 配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻、等距离的原子数 目，也可以理解为和任一原子相互接触的原子数目。 • 致密度、配位数用来描述原子排列的紧密程度。
面心立方晶格 （face-centred cubic）
面心立方金属有：-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag 等20 种。
面心立方晶胞
Z
c
bY a
X
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 4
8*1/8+6*1/2=4
原子半径：
致密度：0.74 Vc:晶胞体积a3 Va=nV1 =44r3/3
“金属玻璃”
非晶态新材料的发展：光、电、磁、耐蚀性、 高强度等方面的高性能。
金属玻璃是使金属熔体在瞬间冷凝，以致金属原子还处在
杂乱无章的状态，来不及排列整齐就被“冻结”。它兼有金属 和玻璃的优点，又克服了各自的弊病。金属玻璃具有一定的韧 性和刚性，强度高于钢，硬度超过高硬工具钢，断裂强度也比 一般的金属材料高得多。由于避免了晶间腐蚀，有着良好的化 学稳定性；还有良好的磁学性质。金属玻璃可用以制造高压容 器、火箭等关键部位的零部件。非晶态软磁材料还可以制造录 音、录像的磁头、磁带。人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不 烂”的“玻璃之王”。美国、西欧称之为“21世纪的材料”。
a 晶态
b 非晶态
二氧化硅结构示意图
晶体具有明显、固定的熔点，伴有体积与性 能的突变。非晶体没有固定的熔点。
如：Tm(Fe)=1538℃, Tm(Cu)=1083℃
晶体有各向异性， 非晶体则各向同性。 各向异性：不同方向上的性能有差异。
3、晶体与非晶体的相互转化性
玻璃
金属
长时间保温
极快速凝固
“晶态玻璃”
1.1 金 属
• 一、金属原子的结构特点
金属原子最外层电子少，一般1-2个，最多不超 过3个。外层电子与原子核的结合力弱，容易脱离 原子核的束缚而变成自由电子，此时原子变为正离 子。因此金属元素常称为正电性元素。
过渡族金属元素（钛、钒、铬、锰、铁、钴、 镍等）的原子不仅容易丢失最外层的电子，还容易 丢失次外层1~2个电子。
金属特性的金属键理论解释
金属特性的金属键理论解释
（4）金属键没有方向 性和饱和性，当金属 的两部分发生相对位 移时，金属正离子始 终被包围在电子云中， 结合键不会遭到破坏， 这样金属就能经受变 形而不断裂，使其具 有良好的塑性变形能 力。
•三、结合力与结合能
双原子作用模型 固态金属中两个原子之间的相互作用力包括：正离子与周 电子间的吸引力，正离子与正离子之间以电子与电子之间的 相互排斥力，吸引力力图使两个原子拉近，而排斥力却力图 使两个子分开。
不象玻璃板，金属玻璃不透明，不发脆，它们罕见的原子
结构使它们有着特殊的机械特性及磁力特性。普通金属由于晶 格缺陷而容易变形或弯曲导致永久性地变形。相比之下，金属 玻璃在变形后更容易弹回到初始形状。没有结晶缺陷使得金属 玻璃成为卓有成效的磁性材料。
2000年9月20日，在北京钢铁研究总院的非晶带材生产线上 成功地喷出了宽220mm、表面质量良好的非晶带材，它标志着 我国在该材料的研制和生产上达到国际先进水平。
1.2 金属的晶体结构
一、晶体的特性
1、晶体的概念
原子（离子、分子等）在三维空间有规则地周期 性重复排列的物质称为晶体。 ——通常固态金属与合金都是晶体。 非晶体的概念：原子（离子、分子等）在三维空 间无规则排列的物质。 ——玻璃、多数高分子材料等。
材料科学基础第一章晶体结构(三单质晶体结构)
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
配位数 12；8（8＋6）；12 致密度 0.74；0.68； 0.74
配位数（CN）：晶体结构中 任一原子周围最近且等距离 的原子数。 致密度（K）：晶体结构中 原子体积占总体积的百分数。 K=nv/V。
linear density
<100>
a
2 1 2
1
aa
a
2 1 2
1
aa
<110>
2a
2
1 2
0.7
2a a
2a
2
1 2
1
1.4
2a a
<111>
3a
2
1 2
1
1.16
3a a
3a
2
1 2
0.58
3a a
案例讨论：工程上大量使用低碳钢渗碳件，试分析材 料的渗碳行为与哪些因素有关? 晶格常数? 结构类型? 致密度?....?
1.4单质晶体结构
同种元素组成的晶体称为单质晶体。 一、金属晶体的结构 二、非金属元素单质的晶体结构
一、金属晶体的结构
香港国际机场 案例讨论：工程上大量使用钢铁材料，钢和铁在 性能上差别较大，各有优势，设想这种差别的来 源。
一、金属晶体的结构
1.常见金属晶体结构
典型金属的晶体结构是最简单的晶体结构。由于金属键的性质， 使典型金属的晶体具有高对称性，高密度的特点。常见的典型金属晶 体是面心立方、体心立方和密排六方三种晶体，其晶胞结构如图1-10 所示。另外，有些金属由于其键的性质发生变化，常含有一定成分的 共价键，会呈现一些不常见的结构。锡是A4型结构（与金刚石相似）， 锑是A7型结构等。
金属的晶体结构及其性质
金属的晶体结构及其性质金属是一类具有很高的导电性和热导性的物质，广泛应用于工业、建筑、交通等领域。
对于金属的结构和性质进行深入的探究不仅有助于我们更好地理解和应用它们，在材料科学和工程领域也具有重要的意义。
一、金属的晶体结构1.1 单质金属的结构单质金属的晶体结构主要取决于其原子的大小、形态、数量等因素。
最简单的是钨、银、金等元素，它们的晶体结构都是面心立方格子结构，其中每个原子位于晶体的一个顶点或一个面心上。
而对于一些较小的原子，如铁、铝、镁等，则容易出现体心立方格子或六方密堆积等结构。
1.2 合金的结构合金是由两种或更多金属元素混合而成的材料，具有比单质金属更多元化的结构。
由于合金中包含了不同的金属原子，因此其形成的晶体结构也较为复杂。
以黄铜为例，它是铜和锌的合金，具有面心立方格子结构，并且晶体结构中的铜原子和锌原子是交替排列的。
二、金属的性质2.1 导电性金属具有很高的电导率，这是由于其晶体结构中存在许多自由电子，这些电子在外部电场的作用下会漂移，从而使金属的导电性得以表现。
由于金属内部电阻很小，因此电子能够自由地在金属中传导，使得金属具有优良的导电性。
2.2 热传导性金属的热传导性也很好，这是由于其晶体结构是由许多密集排列的原子构成的，因此热量能够迅速地在这些原子之间传递。
在金属中，电子和离子发生碰撞时可以带走一部分热能，从而进一步促进了热传导的发生。
2.3 塑性和可锻性金属具有很好的塑性和可锻性，这是因为其晶体结构中的原子可以向多个方向移动。
金属在受到一定的压力或拉伸力时，其原子能够在晶体中重新排列，从而产生塑性或可锻性。
金属的塑性常被用于制造各种形状的产品，如铝汽车轮毂，而可锻性则用于制造各种形态的金属制品，如铁门等。
2.4 耐腐蚀性金属对于腐蚀的抵抗能力因其化学性质而有所不同。
像铜、铝等金属，由于存在氧化物和其他形式的化学反应产物，因此具有良好的耐腐蚀性。
然而，其他的金属，如铁、钢等，则易于腐蚀，需要经过某些方式的处理以防止腐蚀。
金属的晶体结构
1.3 实际金属的晶体结构 实际金属的晶体结构与理想晶体的结构不同。实际金 属是由很多结晶位向不同的小晶体（即晶粒）组成， 晶粒内晶体的位向不同。 一般金属都是多晶体。晶粒之间的分界面称为晶界。
1Cr17不锈钢的多晶体
晶核形成有两种情况：一是在液体中一定过冷度条件下 自然形成的晶核，称为自发晶核；二是在液体中依附外 来的固态粒子的表面上形成晶核，称为非自发晶核。
根据第二种特性可细化晶粒，如在钢液中加入细化晶粒 的金属元素颗粒(Al、V等),可形成大量的非自发晶核， 因而得到细晶粒组织。 晶体长大有两种方式：平面长大和树枝状长大。分别 发生在冷速较慢和较快时。
平面长大的规则形状晶体
树枝状长大的树枝状晶体
2.3 金属的同素异构转变
同素异构转变是金属在固态下由一种晶格转变为另一 种晶格的现象。可发生这种转变的金属有：Fe、Co、 Mn、Ti、Sn等。 Fe在结晶之后随着温度的变化，有两次晶格转变：
纯铁液体 15380Cδ Fe 13940Cγ Fe9120 Cα Fe
致密度 0.74
面心立方晶胞示意图
3. 密排六方晶格
属于六方晶系。晶格参数a=b≠c；α=β；γ=120。每个晶胞 是一个正六方柱体，六方晶胞的十二个角和上、下底面中 心各有一个原子，上、下底面之间还均匀分布着三个原子, 即晶胞中共有6个原子。属此晶格的金属有：镁、锌、铍、 α钛、镉等。
致密度 0.74
空位的存在有利于金属内部原子的迁移(即扩散)。 点缺陷造成局部晶格畸变（撑开或靠拢）, 使金属的 电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。
晶体中的点缺陷都处在不断的变化和运动中，其位置 随时在变。这是金属原子扩散的一种主要方式，也是 金属在固态下“相变”和化学热处理工艺的基础。
简述金属常见的3种晶体结构的基本特点
简述金属常见的3种晶体结构的基本特点金属常见的3种晶体结构的基本特点根据金属的化学性质及在自然界中存在的状态，可把金属分为三类。
这三类金属分别是：气态金属、液态金属和固态金属。
1.气态金属：如氢、氧、氮等金属。
它们的化学活泼性强，与其他物质接触时容易失去电子而形成化合物。
气态金属不能导电，但可以形成化合物。
如氢气与氧气反应生成水，与其他物质不发生反应。
2.液态金属：如铜、银、铁等金属。
它们的化学活泼性弱，不易与其他物质发生反应。
由于金属原子核的最外层电子数比氢原子少一个，所以，这些金属的阳离子半径大于氢原子的半径，这样，金属原子比较容易失去电子变成阳离子进入溶液。
这样，当它们与水或酸等溶剂接触时，金属阳离子便很容易失去电子而成为氢氧化物（如：氢氧化铜、氢氧化铁、氢氧化铝）、碳酸盐（如：碳酸铜、碳酸钙）等碱式盐。
3.固态金属：如金、铂等金属。
它们的化学活泼性极小，一般不易与其他物质发生反应。
金属的晶体结构有两种，一种是体心立方晶格，另一种是面心立方晶格。
这两种晶体结构对金属的物理性质和化学性质都有影响。
体心立方晶格金属具有面心立方晶格金属的物理性质，同时又有体心立方晶格金属的化学性质，而面心立方晶格金属只具有体心立方晶格金属的化学性质。
因此，要想搞清金属的物理性质和化学性质之间的关系，就必须首先弄清楚金属的晶体结构。
金属常见的3种晶体结构的基本特点1.固体金属晶体的熔点，就是单位质量晶体所产生的热量，叫做熔点。
一般来说，纯金属的熔点随温度的升高而升高；混合金属熔点不相同；同种金属，结晶程度越高，熔点越低；在高温下，液态金属凝固，出现体积缩小现象，熔点降低。
金属晶体的熔点和金属晶体的密度也有关系，在熔点时，熔点越高的金属，晶体越密，其熔点也就越高。
在其他条件相同的情况下，晶体密度越大，熔点也越高。
液体金属有其共同的特征，在任何温度下，它都是热的良导体，即液态金属都是热的不良导体。
金属晶体的熔点还和金属晶体中原子的排列有关。
第一章金属的晶体结构
图2-6密排六方晶胞
第三节 晶体学概念
• • • • • • • 1.3.1 晶胞中的原子数 体心立方： 面心立方： 密排六方： 1.3.2 原子半径 1.3.3 配位数和致密度 配位数：指晶体结构中与任一个原子最近邻且等距离的原 子数目。 • 体心立方晶体8个，面心立方12个，密排六方12个，所以 面心立方和密排六方致密度高 • 致密度分别为0.68、0.74、0.74
图2-5
面心立方晶胞
• (3)密排六方晶胞(close packed lattice hexagonal)：密排六方晶体的晶胞如图1.6所示。 • 它是由六个呈长方形的侧面和两个呈正六边形的 底面所组成的一个六方柱体。因此，需要用两个 晶格常数表示，一个是正六边形的边长a，另—个 是柱体的高c。在密排六方晶胞的每个角上和上、 下底面的小心都有一个原子，另外在中间还有三 个原子。因此，密排六方晶格的晶胞中所含的原 子数为：6×1／6×2+2×1／2+3=6个。 • 具有密排六方晶体结构的金属有Mg、Zn、Be、 Cd、α-Ti、α-Co等。
A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为 溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表 示, 亦可表示为Cu(Zn)。
• 固溶体特性：1固溶体成分可以在一定范围内变化， 在相图上表现为一个区域。2固溶体必须保持溶剂 组元的点阵类型。3纯金属结构有哪些类型，固溶 体也应有哪些类型，即固溶体本身没有独立的点 阵类型。4组元的原子尺寸不同会引起的点阵畸变， 原子尺寸相差越大，引起的畸变也越大。
• 1.3.4晶体中原子的排列方式（略） • 1.3.5 晶体结构中的间隙 • 三种典型晶体结构的四面体间隙、八面体间 隙（图1-13,1-14,1-15） • 间隙半径与原子半径之比rB/rA=?（见表1-2） • 可见面心立方结构八面体间隙比体心立方结 构四面体间隙还大，因此溶碳量大的分类 • 1.按溶剂分类 • (1)一次固溶体：以纯金属组元作为溶剂的 固溶体称为一次固溶体，也叫边际固溶体。 • (2)二次固溶体：以化合物为溶剂的固溶体 称二次固溶体，或叫中间固溶体。如电子 化合物、间隙相。 • 有的化合物和化合物之间，也可以相互溶 解而组成固溶体，如Fe3C和Mn3C，TiC和 TiN等。
金属晶体结构特征
金属晶体结构特征
1、金属晶体的晶格结构：金属晶体的晶格结构可以分为立方晶系、四方晶系、六方晶系、三斜晶系、正交晶系、单斜晶系等六种，其中立方晶系最为常见。
2、金属晶体的原子排列方式：金属晶体中的原子排列方式通常为紧密堆积和面心堆积两种。
紧密堆积指的是原子之间的距离最小，而面心堆积则是将原子填充在立方体的面心处。
3、金属晶体的晶格常数：晶格常数是指晶体中最小重复单元的长度和角度，它决定了晶体的物理和化学性质。
4、金属晶体的配位数：配位数指的是一个原子周围的最近邻原子的数目，不同的晶体结构具有不同的配位数。
金属晶体结构特征对于金属的物理和化学性质有着重要的影响。
通过对金属晶体结构的研究，可以更好地理解金属的性质，并且为设计新型金属材料提供有力的理论支持。
- 1 -。
金属晶体结构及结晶
亚晶界示意图
Cu-Ni 合金中的亚结构
金属的晶体结构
①使实际金属的强度远远小于理想金属 ②晶界处位错密度高，使其局部强度 强度 硬度 塑性 韧性 硬度
金属的晶体结构
（二）晶体学基础
把晶体中每个原子抽象成一个点，用直线连接，构成的空
间格架称为晶格。
组成晶格的最小几何组成单元是晶胞。a、b、c是晶格常 数，单位是10-10m(Å)； 晶胞各边夹角以a、b及g表示。
Z
b g X ba a源自c Y原子排列模型晶
格
晶
胞
简单立方晶体
金属的晶体结构
（二）晶体学基础
物质由原子组成。原子的结 合方式和排列方式决定了物 质的性能。 原子、离子、分子之间的结 合力称为结合键。它们的具 体组合状态称为结构。 自然界中的固态物质按其原 子（或分子、离子）的聚集 状态可分为晶体和非晶体两 大类。
C60
金属的晶体结构
晶体：原子（原子团或离子）在三维空间按一定规则 周期性重复排列的固体。如固态金属、钻石、冰等。 晶体具有各向异性。 非晶体：原子（原子团或离子）在三维空间中无规则 排列的物质，也称为玻璃态。如松香、玻璃、塑料等。
[111]方向上，弹性模量E=290000Mpa ；[001]方向上，弹性模量E=135000Mpa
金属的晶体结构
（五）单晶体的各向异性 单晶体具有各向异性的特征。但工业上 实际应用的金属材料，因为属于多晶体，一
般不具有各向异性的特征。如工业纯铁在任
何方向上其弹性模量E均为2.1×105MPa。
第三章金属的晶体结构与结晶
钢和铁是制造机器设备的主要材料，它们都是以铁和碳为 主而组成的合金，要了解钢和铸铁的本质，首先要了解纯铁的 晶体结构。固态物质按原子的聚集状态分为晶体和非晶体。
§３-1 金属的晶体结构 一、晶体的概念
金属在固态下一般都是晶体。 晶体：原子在空间呈规律性排列的固体物质； 注意：在固态时呈规律性排列，而在液态时金属原子的排列 并不规律。如图3-1（a） 金属的结晶就是由液态金属转变为固态金属的过程。
图3-5 实际金属晶体
在晶界上原子的排列不像晶粒内部那样有规则，这种原子 排列不规则的部位称为晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何特点， 将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。 1. 点缺陷：不规则区域在空间三个方向上的尺寸都很小， 例如空位、置换原子、间隙原子。如图3-6
空位
间隙原子
置换原子
间隙原子
图3-3 面心立方晶格Fra bibliotek 3.密排六方晶格：由两个简单六方晶胞穿插而成,晶胞为六 方柱体，柱体的12个顶角和上、下面中心上各排列一个原子， 在上、下面之间还有三个原子。如图3-4
图3-4 密排六方晶格
（一般规律）面心立方的金属塑性最好，体心立方次之，密排六方的 金属较差。
§３-2 实际金属的结构 一、多晶体结构
1.铸态晶：液态金属结晶后形成的晶体。将铸锭剖开可以 看到三个不同的晶区： 表面细小等轴晶粒层：组织致密，性能比较均匀一致，无 脆弱晶界面，有良好的热加工性能和力学性能，但易形成缩松。 柱状晶粒区：性能具有方向性；热加工性能较低；组织致 密，空隙和气孔较少，所以沿柱状晶粒的轴向强度高，韧性也 较好。 中心粗大等轴晶粒层：组织不均匀，还存在缩孔，缩松， 夹杂及偏析等缺陷。
图3-9 纯金属冷却曲线
铁的三种晶体结构
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。
- 1 -。
金属的晶体结构
立方晶系：a=b=c，点阵常数用晶胞的一个棱边长a表示即可。
六方晶系：a1=a2=a3≠c，常用a和c两个点阵常数。当密排六方用等径原子作紧 密排列时，c/a=1.633。具有六方结构的金属，其c/a值在1.568到1.886之间变动。
配位数
在晶体中，与某一原子最临近且等距离的原子数称为配位数(CN)。
密排六方(HCP)
a=bc,
==90 ° =120°
钛 (Ti) 、 锆 (Zr) 、 镁 (Mg)、锌(Zn)等
晶体结构与材料性能：(一般规律)面心立方的金属塑性最好，体 心立方次之，密排六方的金属较差。
常见的晶体学参数
点阵常数
用来衡量晶胞的大小，是表征物质晶体结构的一个很重要的物理量，可用X射线 衍射法测定。
(一)、固溶体
基本特征：
（1）在原子尺度上是相互混合的。 （2）不破坏主晶相原有的晶体结构，但晶 胞参数可能有少许改变，基本保持了主晶相 的特性。
产生固溶体的过程
晶体生长过程中 溶液或熔体析晶 金属冶炼 烧结
如:Al2O3晶体中溶入一定量Cr2O3生成红宝石，可 以用作饰品及激光器 少量锌溶解于铜中生成黄铜
常见的晶体学参数
晶体中的间隙
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晶体中是存在空隙的，从钢球的模型中
(右侧)可以看出这些空隙就是钢球之间的
间隙。
6a
3
晶体间隙有两种：四面体和八面体
[1 1 1]
3a
体心立方晶体中(110面上原子的排列)
常见的晶体学参数
原子半径
最近邻的两个原子中心之间的距离一半，用r表示。
主要影响因素
(1) 质点尺寸因素 —— 决定性因素。 从晶体结构的稳定观点来看，相互替