1. 体心立方晶格 ：晶胞为立方体，在立方体的八个 角上和晶胞中心各排列一个原子。 （图2-4）
a
a)
b)
c)
图2-4 体心立方晶格的晶包示意图
体心立方晶胞中的原子数为1+8×1/8=2个。
体心立方晶格类型的金属有室温下的Fe、Cr、W、 Mo、V、Nb等。
晶胞中原子占有的体积与晶胞体积的比值称为晶 格的致密度。
第二章 金属材料的
结构与结晶
第一节金属材料的结构
一、晶体与非晶体 1.晶体（物质）：原子在空间有秩序排列的物质。 例：食盐、金属、金刚石等。 特点：固定的形状、熔点及各向异性。
2.非晶体（物质）：原子无序排列的物质。 例：玻璃、塑料、沥青、松香等。 特点：无固定的形状、熔点及各向同性。
二、晶体结构的概念 （一）晶格与晶胞 实际晶体中的各类质点在不停的运动，讨论晶体结 构时，常把原子看成一个固定的小球，这些原子小 球按一定的几何形状在空间紧密堆积（图2-1a）。
四、实际金属的晶体结构
（一）单晶体与多晶体 1.单晶体：一块金属内部的晶格位向完全一致。 金属单晶体只能靠特殊方法制得，具有各向异性。 2. 多晶体：由许多晶格位向不同的微小晶粒组成。 每个小晶粒都相当于一个单晶体 。 3.晶界: 晶粒与晶粒之间的界面。（图2-7） 多晶体由于各晶粒方位不同，晶体的性能在各个 方向相互补充和抵消，宏观显示出各向同性，亦 称为“伪无向性”。
一个晶粒内部，有更细小的晶块，其晶格位向差 很小，通常小于2º～3º， 这些小晶块称为亚晶粒。
亚晶粒之间的界面称为亚晶界。亚晶界原子排列也不 规则。
亚晶界示意图
晶界过渡结构示意图
晶体中存在点、线、面缺陷，都会造成晶格畸变， 引起塑变抗力的增加，使金属强度提高。
五、合金的晶体结构 （一）合金的基本概念 1.合金：两种或两种以上的金属元素或金属和非 金属元素组成的具有金属性质的物质。 例:黄铜是铜和锌的合金；碳钢是铁和碳的合金。 合金一般具有比组成该合金的金属更高的力学性能。 例：钢比纯铁有更高的强度和硬度。 2.组元：组成合金的最基本的独立物质。 例：黄铜中铜和锌都是组元。组元可以是金属、非 金属或稳定的金属化合物。
体心立方致密度
2 4r3 ห้องสมุดไป่ตู้ 3
a3
2 4
3a a3
/
4
3
/
3
0.68
体心立方晶格的致密度为0.68，表明在体心立方 晶格中有68%的体积被原子所占有，其余为空隙。
2. 面心立方晶格：晶胞为立方体，在立方体的八个 角上和六个面中心各排列一个原子。 （图2-5）
图2-5
面心立方晶胞中的原子数为1/8×8+1/2×6=4 个。 属于面心立方晶格类型的金属有Cu、Al、Ni、Ag、 Pb 、γ－Fe（912~1394℃的铁）等。致密度0.74。
100面
110面
立方晶格中的某些晶向
111面 111向
110向
在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密 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、金属的三种典型的晶体结构及其特性参数
金属中常见的晶格类型有体心立方晶格、面心立方 晶格和密排六方晶格三种。
空位
图2-7 多晶体示意图
（二）晶体缺陷
间隙原子
图2-8晶格点缺陷示意图
1．点缺陷：空位和间隙原子。（图2-8） 空位和间隙原子使晶格发生扭曲，称为晶格畸变。
晶格畸变将使晶体性能发生改变，如强度、硬度
和电阻增加。
2. 位错（线缺陷）:晶体中一列或数列原子发生有 规律错排的现象。最常见的就是刃型位错。
3.相：合金中具有相同成分、结构并以界面相互 分开的均匀组成部分。
例：35钢的显微组 织中白色部分具有 相同的化学成分和 晶格结构。并与黑 色部分以界面分开。
ωc=0.03%的铁， 体心立方结构。 白色部分是一相。
35钢的显微组织
一般把固态下的相称为固相，而液体状态称为液相。
一种相在一定条件下可以转变成为另一种相，叫做 相变，例如金属结晶，是液相变为固相的一种相变。
刃位错示意图
三维图
平面图
在平面ABCD上方，多出半个原子面EFGH, 如同 刀刃插入晶体，称为刃位错。
螺型位错
在位错附近区域，晶格发生的畸变。 位错的特点之一是很容易在晶体中移动，金属材 料的塑性变形通过位错运动来实现的。 3. 晶界和亚晶界（面缺陷） 实际金属是一个多晶体结构。 晶粒与晶粒之间的 界面称为晶界 。晶界处的原子排列不规则，原子 处于不稳定状态。
z
c
a)晶体中的原子排列
b)晶格
x
ba
c)晶胞及晶格参数表示方法
图2-1 简单立方晶格与晶胞示意图
为描述晶体内部原子排列规律，将每个原子视为一个 几何质点，并用一些假想几何线条将各质点连接起来， 形成一个空间几何格架（图2-1b） 。 1.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。 晶体中原子作周期性规则排列，可在晶格内取一个代 表晶格特征的，由最少数目原子构成的最小结构单元 表示晶格，称为晶胞（图2-1c）。 2.晶胞：反映晶格特征的最小单元。 晶胞能反映晶格特征，晶格性质的研究，可转化为 研究晶胞性质的问题。
3. 密排六方晶格：晶包是六方体，在柱体的每个角 上和上下底面中心均排列一个原子，晶胞中间还排 列三个原子。（图2-6）
图2-6
密排六方晶胞中的原子数为1/6×12+3+1/2×2=6 个。 密排六方晶格的金属有Mg、Zn、Be等。致密度0.74。
三种典型晶体结构的晶格特性参数如表2-1所示。 各种金属因其晶格结构不同，而具有不同的性能。 同一晶格类型的金属，因其晶格参数不同，而存 在性能上的差异，又因晶格类型相同而具有一些 相近的性能。 如：体心立方晶格的金属一般具有较好的塑性， 密排六方晶格的金属一般较脆，面心立方晶格 的金属的塑性一般优于体心立方等。
（二） 晶格参数：晶胞棱边的长度和棱边夹角α、 β、 γ。（图2-1c） 棱边长度单位Å ，1Å=10-10m
当三个晶格参数a=b=c，三个轴间夹角α=β=γ= 90º时，称为简单立方晶格。
（三）晶面和晶向
晶体中通过原子中心的平面，称为晶面。 通过原子中心的直线，代表一定的方向，称为晶向。
立方晶格中的某些晶面