晶面或晶向称密
排面或密排方向。
三种常见晶格的密
密
排排面和密排方向Fra bibliotek底面对角线
六
方
六方底面
晶
格
面 心 立 方 晶 格
体 心 立 方 晶 格
体心立方(110)面 面心立方(111)面 密排六方底面
面心立方晶格与密排六方晶格密排面的堆垛顺序 密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB… 面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC…
Fe-C间隙固溶体
① 置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体. 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的
称有序固溶体。
黄铜置换固溶体组织
② 间隙固溶体 溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非
金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过 渡族元素。 形成间隙固溶体的一 般规律为r质/r剂<0.59。 间隙固溶体都是无序 固溶体。
合金是指由两种或两种 以上元素组成的具有金 属特性的物质。
组成合金的元素可以是 全部是金属，也可是金 属与非金属。
组成合金的元素相互作 用可形成不同的相。
黄铜 Al-Cu两相合金
所谓相是指金属或合金中凡
单相 合金
成分相同、结构相同，并与
其它部分有界面分开的均匀
组成部分。
显微组织实质上是指在显微 镜下观察到的金属中各相或 各晶粒的形态、数量、大小 和分布的组合。
金属的位错密度为104~1012/cm2
位错对性能的影响：金属的 塑性变形主要由位错运动引 起，因此阻碍位错运动是强 化金属的主要途径。
减少或增加位错密度都可以 提高金属的强度。
金属晶须
退火态
(105-108/cm2)
加工硬化态
(1011-1012/cm2)
电子显微镜下的位错
透射电镜下钛合金中的位错线(黑线)
① 点缺陷 空间三维尺寸都
很小的缺陷。
空位 间隙原子 置换原子
a. 空位：晶格中某些 缺排原子的空结点。
b. 间隙原子：挤进晶 格间隙中的原子。可 以是基体金属原子， 也可以是外来原子。
体心立方的四面体和八面体间隙
c. 置换原子： 取代原来原子位置的外来原 子称置换原子。
点缺陷破坏了原子的平衡状 态，使晶格发生扭曲，称晶
Nb-Hf-W plate with an electron beam weld
晶界：晶粒之间的交界面。 晶粒越细小，晶界面积越大。 多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。
光学金相显示的纯铁晶界
多晶体示意图
⑵ 晶体缺陷 晶格的不完整部
位称晶体缺陷。 实际金属中存在
着大量的晶体缺 陷，按形状可分 三类, 即点、线、 面缺陷。
④ 固溶体的性能 随溶质含量增加，固溶体的强度、
硬度增加，塑性、韧性下降—称作 固溶强化。
产生固溶强化的原因：溶质原子使 固溶体合金成分与性能关系 晶格发生畸变及对位错的钉扎作用.
与纯金属相比，固溶体的强度、硬 度高，塑性、韧性低。但与金属化 合物相比，其硬度要低得多，而塑 性和韧性则要高得多。
⑴晶面指数 表示晶面的符号称
晶面指数。 其确定步骤为：
① 确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个 坐标轴上的截距。
② 取三个截距值的倒数并按比例化为互质的整数, 加圆括弧，形式为（hkl）。
例一.求截距为、1、晶面的指数 截距值取倒数为0、1、0，加圆括 弧得（010）
例二.求截距为2、3、晶面的指数 取倒数为1/2、1/3、0, 化为互质整 数加圆括弧得（320）
三斜
⑸ 原子半径：晶胞中原子 密度最大方向上相邻原子 间距的一半。
⑹ 晶胞原子数：一个晶胞 内所包含的原子数目。
⑺ 配位数: 晶格中与任一原子 距离最近且相等的原子数目.
⑻ 致密度：晶胞中原子本身 所占的体积百分数。
3、立方晶系晶面、晶向表示方法
晶体中各方位上的 原子面称晶面。
各方向上的原子列 称晶向。
立 方 晶 系 常 见 的 晶 向
<111>
[111] Z
[111]
[111]
[111]
Y X
说明： ① 在立方晶系中，指数
相同的晶面与晶向相 互垂直。 ② 遇到负指数，“-”号 放在该指数的上方。
③ 晶向具有方向性， 如[110]与[-11-0]方
[110] Z
(221)
X
向相反。
[110]
⑴ 体心立方晶格
体心立方晶格
体心立方晶格
体心立方晶格的参数
体心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c)
原子半径：r 3 a 4
原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等
⑵ 面 心 立 方 晶 格
面心立方晶格
面心立方晶格
面心立方晶格的参数
第二章 材料的结构
一、晶体结构的基本概念 二、金属的晶体结构
1、纯金属的晶体结构 2、实际金属的晶体结构 3、合金的晶体结构
物质由原子组成。
原子的结合方式和排列
金 属
方式决定了物质的性能。
键
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。
C60
一、晶体结构的基本概念
面心立方晶格的原子堆垛
2、实际金属的晶体结构 ⑴ 单晶体与多晶体
单晶体：其内部晶格方位完 全一致的晶体。
多晶体：
纯铁组织
晶粒：实际使用的金属材料
是由许多彼此方位不同、外
晶
形不规则的小晶体组成，这
粒 示
意
些小晶体称为晶粒。
图
变形金属晶粒尺寸约1~100m, 铸造金属可达几mm。
铅 锭沿 宏晶 观断 组口 织
{110}
Z
（011）
（110） （011） （101）
（101）
Y （110）
X
立 方 晶 系 常 见 的 晶 面
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、[010]、[001]
110 : [110]、[101]、[011]、[110]、[101]、[011]
111 : [111]、[111]、[111]、[111]
高分辨率电镜下的刃位错 （白点为原子）
电子显微镜下的位错观察
③ 面缺陷—晶界与亚晶界 晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个
原子间距，位向差一般为20~40°。
亚晶粒是组成晶粒的尺寸 很小，位向差也很小(10’ ~2 )的小晶块。
亚晶粒之间的交界面称亚 晶界，可看作位错壁。
位
错
面心立方晶格 晶格常数：a
原子半径：r 2 a
4 原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等
⑶ 密排六方晶格
密排六方晶格
密排六方晶格的参数
密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
原子半径：r 1 a
2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
③ 固溶体的溶解度 溶质原子在固溶体中极限浓度.
溶解度有一定限度的固溶体称 有限固溶体。组成元素无限互 溶的固溶体称无限固溶体。
Cu-Ni无限固溶体
组成元素原子半径、电化学性
固 溶
体
相近，晶格类型相同的置换固
溶体，才可能形成无限固溶体.
化 合
物
间隙固溶体都是有限固溶体。
Cu-Zn有限固溶体
⑷ 三种常见晶格的密排面和密排方向
单位面积晶面上 的原子数称晶面 原子密度。
单位长度晶向上 的原子数称晶向 原子密度。
密排 数 密排方 数 面量 向 量
体心立方 {110} 6 <111> 4 晶格
面心立方 {111} 4 <110> 6 晶格
密排六方 六方 1 底面对 3
晶格 底面
角线
原子密度最大的
称作晶向族或晶面族。分别用{hkl}和<uvw>表示。
例如{112}、{123}
立方晶系常见的晶面为：
{100} : (100)、(010)、(001)
{110} : (110)、(101)、(011)、(110)、(101)、(011)
{111} : (111)、(111)、(111)、(111)
[221]
Y
二、金属的晶体结构
正离子
1、纯金属的晶体结构
金属原子是通过正离子与自 由电子的相互作用而结合的， 称为金属键。
金属原子趋向于紧密排列。
价电子云
金属键示意图
具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。
常见纯金属的晶格类型有体心立方(bcc)、面心立方 (fcc)和密排六方(hcp)晶格。
例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1、1.5、 2，求该直线的晶向指数。
将三坐标值化为最小整
[234]
数加方括弧得[234]。
例二、已知晶向指数为 [110], 画出该晶向。
找出1、1、0坐标点，连 接原点与该点的直线即
[110]
所求晶向。
⑶ 晶面族与晶向族 (hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面
例三.画出（112）晶面
取三指数的倒数1、1、1/2, 化成互 质整数为2、2、1，即为X、Y、Z三 坐标轴上的截距
⑵ 晶向指数 表示晶向的符号称晶向指数。其确定步骤为：
① 确定原点，建 立坐标系，过原 点作所求晶向的 平行线。
② 求直线上任一 点的坐标值并按 比例化为互质整 数，加方括弧。 形式为[uvw]。