a）模型
b）晶胞
2.2 典型金属的晶体结构
2）面心立方晶格（FCC或fcc） eg: Cu、Al、Ni、Au、Ag、γ－Fe…… 晶格常数：a=b=c，α=β=γ=90°
a）模型
b）晶胞
2.2 典型金属的晶体结构
3）密排六方晶格（HCP或hcp） eg: Mg、 Zn、Be、石墨、α－Ti…… 晶格常数：a≠c，c/a≈1.633。
2）金属化合物
定义：组成合金的组元由相当程度的金 属键结合并具有金属特性的化合物。 如碳钢中的渗碳体（Fe3C）。
金属化合物
金属化合物的特性： 高熔点、高硬度、高脆性、塑性很差。 弥散强化：若使金属化合物呈细小颗粒 状以 弥散形式均匀分布于固溶体的基 体上，使合金的强度、硬度、耐磨性明 显提高。
图2-3 ΔT对N和G的影响
2.晶体中的原子排列
2.1 有关晶体结构的基本概念
晶格：描述原子在晶体中规 则排列方式的空间几何图形。 原子→几何点，用线连起来 形成的空间几何框架。
原 子 模 型
晶 格
基本概念
晶胞：晶格中反映晶体特征 的最基本的几何单元。
晶 胞
2.2 典型金属的晶体结构
1）体心立方晶格（BCC或bcc） Cr、W、Mo、V、α－Fe…… 晶格常数：a=b=c，α=β=γ=90°
a）模型
b）晶胞
2.3 同素异晶转变
定义：Fe、Co、Ti等伴随着外界条件（温度 和压力）的变化，物质在固态时所发生的晶体 结构的转变。 1、纯铁的同素异晶转变 纯铁在1538℃结晶为δ－Fe，具有BCC晶格结 构，随温度降低，发生如下变化： δ－Fe
体心 1394℃
γ－Fe
面心
912℃
α－Fe
体心
℃
结晶终止 结晶开始
℃ Tm ΔT Tn
结晶终止
Tm 结晶开始
a）平衡结晶
b）实际结晶
图2-1 纯金属的冷却曲线
过冷度
金属结晶的必要条件： 过冷度。 冷速越大， Tn越低， 过冷度ΔT越大。（图 2-2）
℃ v1＜v2＜v3
Δt1 Δt3
Δt2
v1
v2
v3
τ 图2－2 不同速度冷却曲线
1.2 纯金属结晶的普遍规律
§2材料的微观结构基础
一、材料的结晶 根据材料中原子的排列方式材料分为 非晶体材料 和 晶体材料 短程有序，各向同性 长程有序，各向异性 无固定熔点 具有固定的熔点 凝固：材料由液体→固体。 结晶：材料由液体→晶体。
1. 纯金属的结晶规律
1.1 过冷度 缓冷，结晶潜热补 偿了温度下降，出 现水平段。 理论结晶温度Tm： 实际结晶温度Tn： 过冷度Δ T=Tm-Tn。
置 换 原 子 间 隙 原 子
固溶体
置换固溶体： r溶质≈r溶剂，电化学性 质相近，可无限 互溶。
溶剂原子
间隙固溶体： r溶质/r溶剂≤0.59 r溶质小，有限互溶。
溶剂原子 溶质原子
溶质原子
固溶体
固溶强化：由于溶质原子的溶入而使固溶体 的晶格发生畸变，位错运动阻力增加，提高 了变形抗力，而使材料的强度和硬度提高的 现象。 对性能的影响：比纯组元和化合物具有较为 优越的综合力学性能，即良好的塑性、韧性， 较高的硬度、强度。
3）机械混合物
定义：合金中不同的显微组织结构呈 现机械混合型态存在。
铁碳合金相图中P（F+Fe3C）
1600 1500 1400 1300 温度 t \ ℃ 1200 1100
1538 ℃
L
1394 ℃
δ-Fe
γ-Fe 912 ℃
1000
900 800 700
α-Fe
600
500 时间
图1-20 纯铁的 冷却曲线
纯 铁 的 冷 却 曲 线
二、合金的基本显微组织结构
固态合金的三种基本显微组织结构： 固溶体、金属化合物、机械混合物。 1）固溶体 是指溶质原子溶入溶剂晶格中所形成 的均一的、保持溶剂晶体结构的结晶相。
液态金属冷却达到结晶温度时，某些原子按一 定规律排列聚集形成结晶核心，称为晶核。 结晶的普遍规律：不断形成晶核和晶核不断长 大的连续过程.
纯金属的结晶规律
自发晶核：ΔT↓，形成尺寸很小的近程有序的 原子集团——晶核 非自发晶核：固态杂质微粒子吸附原子形成。 枝晶：
1.3 结晶晶粒大小的控制
结晶时冷却越快，过冷度越大，晶核数量 越多，晶粒越细小，金属的力学性能越好。 结晶过程中晶粒的大小主要取决于形核率 和长大速率。
N和G与ΔT的关系
形核率（N）：单位时间、 单位体积内形成晶核的 数目。 成长率（G）：晶核单 位时间生长的平均线长 度。 ΔT ↑，则N ↑ G ↑。 N /G
形核率N 长大速率G
N G
越大，则晶粒越细小； N / G越小，晶粒越粗大。 ΔT 达到一定程度，原子 无法扩散，形成非晶体。
过冷度ΔT