3.3 实际金属的晶体结构
一、多晶体结构和亚结构
实际使用的工业金属材料，即使体积很小，其内部的晶格位向也不是完全一致的，而是包含着许许多多彼此间位向不同的、称之为晶粒的颗粒状小晶体。

而晶粒之间的界面称为晶界。

这种实际上由许多晶粒组成的晶体结构称为多晶体结构（polycrystalline structure）。

一般金属材料都是多晶体（图3-12）。

通常测得的金属性能是各个位向不同的晶粒的平均值，故显示出各向同性。

图3—12 多晶体结构示意图
实践证明，即使在一个晶粒内部，其晶格位向也并不是象理想晶体那样完全一致，而是存在着许多尺寸更小，位向差也很小的小晶块。

它们相互嵌镶成一颗晶粒。

这些小晶块称为亚结构。

可见，只有在亚结构内部，晶格的位向才是一致的。

二、晶体缺陷
实际晶体还因种种原因存在着偏离理想完整点阵的部位或结构，称为晶体缺陷（crystal defect）。

晶体缺陷的存在及其多寡，是研究晶体结构、金属塑性变形的关键问题。

根据其几何特性，晶体的缺陷可分为三类：
1．点缺陷——空位和间隙原子
实际晶体未被原子占有的晶格结点称为空位；而不占有正常晶格位置而处于晶格空隙之间的原子则称为间隙原子。

在空位或间隙原子的附近，由于原子间作用力的平衡被破坏，使其周围的原子离开了原来的平衡位置，即产生所谓的晶格畸变。

空位和间隙原子都处于不断的运动和变化之中，这对于热处理和化学处理过程都是极为重要的。

2．线缺陷——位错
晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象称为位错（dislocation）。

有刃型
和螺型两种位错。

刃型位错如图3-13所示。

垂直方向的原子面EFGH中断于水平晶面ABCD上的EF处，就像刀刃一样切入晶体，使得晶体中位于ABCD面的上、下两部分出现错排现象。

EF线称为刃型位错线。

在位错线附近区域，晶格发生畸变，导致ABCD晶面上、下方位错线附近的区域内，晶体分别受到压应力和拉应力。

符号“┴”和“┬”分别表示多出的原子面在晶体的上半部和下半部，分别称为正、负刃型位错。

图3—13 刃型位错示意图
螺型位错如图3-14所示。

晶体在BC右方的上、下两部分原子排列沿ABCD晶面发生了错动。

aa’右边晶体上、下层原子相对移动了一原子间距，而在BC和aa’之间形成了一个上下层原子不相吻合的过渡区域，这里的原子平面被扭成了螺旋面。

在原子面上，每绕位错线一周就推进了一个晶面间距。

显然，螺型位错附近区域的晶格也发生了严重畸变，形成了一个应力集中区。

3．面缺陷——晶界和亚晶界
晶界实际上是不同位向晶粒之间原子排列无规则的过渡层（图3-15）。

晶界处晶格处于畸变状态，导致其能量高于晶粒内部能量，常温下显示较高的强度和硬度，容易被腐蚀，熔点较低，原子扩散较快。

图3—15 晶界的过渡结构示意图
亚晶界则是由一系列刃型位错所形成的小角度晶界，如图3-16所示。

亚晶界处晶格畸变对金属性能的影响与晶界相似。

在晶粒大小一定时，亚结构越细，金属的屈服强度就越高。

图3—16 亚晶界结构示意图。