1、第二章 金属的结构与结晶第一节 金属的晶体结构一、晶体与非晶体非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、树脂等。晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质，金属的固态、金刚石、明矾晶体等。性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性，非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。二、晶体结构的概念：1、晶格和晶胞：表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶格。能完整地反映晶格特征的最小几何单元，称为晶胞。2、晶面和晶向：在晶体中由一系列原子组成的平面，称为晶面。通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的一定方向，称为晶向。由于在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密
2、程度不同，因此原子结合力也就不同，从而在不同的晶面和晶向上显示出不同的性能，这就是晶体具有各向异性的原因。三、金属晶格的类型：1、体心立方晶格：它的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中心。如：铬（Cr）、钒（V）、钨（W）、钼（Mo）及 -Fe2、面心立方晶格：它的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体六个面的中心。 如：铝（Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及 -Fe3、密排六方晶格：它的晶胞是一个正六棱柱体，原子排列在柱体的每个顶角上和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内。属于这种晶格类型的金属有镁（Mg）、铍（Be）、镉（Cd）、及锌（Z
3、n）等。第 2 节 纯金属的结晶金属由原子不规则排列的液体转变为原子规则排列的固体的过程称为结晶。一、纯金属的冷却曲线及过冷度。用热分析法进行研究：图 21纯金属的冷却曲线(理论) 纯金属的冷却曲线(实际)实际结晶温度（T1）低于理论结晶温度（To）这一现象称为“过冷现象”。理论结晶温度和实际结晶温度之差称这“过冷度” （T=ToT1） 。金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。二、纯金属的结晶过程。结晶过程是晶核的形成与长大的过程。外形不规则而内部原子排列规则的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的分界面称为晶界。三、晶粒大小对金属力学性能的方面
4、。一般地说，在室温下，细晶粒金属具有较强的强度和韧性。细化晶粒的方法。1、增加过冷度2、变质处理3、振动处理第三节 金属的同素异构转变同素异构转变的概论：金属在固态下，随温度的改变由一种晶格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变。具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母， 等表示。铁的同素异构转变式Fe - Fe- Fe（体心立方晶格） （面心立方晶格） （体心立方晶格）金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程有许多相似之处：1、有一定的转变温度，转变时有过冷现象；放出和吸收潜热；转变过程也是一个形核和晶核长大的过程。2、
5、同素异构转变属于固态相变，有本身的特点：新晶格的晶核优先在原来晶粒的晶界处形成；转变需要较大的过冷度；晶核的变化伴随金属体积的变化，转变时产生较大的内应力。例如：Fe 转变为 Fe 时，铁的体积会膨胀约 1，这是钢热处理时引起应力，导致工件变形和开裂的重要原因。第 4 节 合金的结构概述：1、合金的概念：合金是一种金属元素与其它金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。例如：普通黄铜是由铜锌两种金属元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。2、 组元或元的概念：组成合金的最基本的独立物质称为组元或元。硬铝是由铝、铜、镁或铝、铜 、锰组成的三元合金。3、相的概念在合金
6、中成分、结构及性能相同的的组成部分称为相。液态物质称为液相，固态物质称为固相。合金的组织主要有固溶体、金属化合物及机械混合物三类：1、固溶体固溶体是一种组元的晶格深入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。（一组元溶解其他组元，或组元之间相互溶解而形成的一种均匀固相）溶入的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。1、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体称为间隙固溶体。如图：2、置换固溶体溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体称为置换固溶体。无论是间隙固溶体还是置换固溶体，都因溶质原子的加入而使溶剂晶格发生歪扭，从而使合金对塑性变形的抗力增加。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料强度、硬度增高的现象，称为固溶强化。固溶强化是提高金属材料力学性能的一种重要途径。二、金属化合物合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。其性能特点是熔点高，硬度高，脆性大。金属化合物能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。三、混合物两种或两种以上的相按一定质量分数组成的物质称为混合物。
