纯金属与合金的晶体结构
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第二节 金属的实际晶体结构
线缺陷是指在晶体中呈线状分布，即一个方向上尺寸很大， 而另两个方向上很小的缺陷。常见的线缺陷是各种类型的位错。 所谓位错，就是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有 规律的错排现象。金属晶体内存有大量的各种类型位错，其中 “刃型位错”是一种比较简单的位错，如图２-７。
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第二节 金属的实际晶体结构
（２）亚晶界。在每个晶粒内，其晶格位向并不像理想晶体那样完全 一致，而是存在许多尺寸很小，位向差也很小（一般２°～３°） 的小晶块，这些小晶块称为“亚晶粒”，两相邻亚晶粒的界面称 为“亚晶界”。亚晶界实际上是由一系列刃型位错所组成的小角 度晶界，如图２-９所示。
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第三节 合金的晶体结构
一、合金的基本概念
合金是指由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元 素）组成的，具有金属特性的新物质。
组成合金最基本的、独立的物质称为组元（简称元）。通常 组元是指组成合金的元素，例如普通黄铜的组元是铜和锌，铁碳 合金的组元是铁和碳。一般来说，稳定的化合物也可以作为组成 合金的组元。按组元数目，合金分为二元合金、三元合金和多元 合金等。
由于晶体中原子排列具有周期性变化的特点，因此，可以从 晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元，从中找 出晶体特征及原子排列规律。这个组成晶格的最基本几何单元称 为晶胞，如图２-１（ｃ）所示。实际上整个晶格就是由许多大小、 形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。
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第一节 纯金属的晶体结构
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第二节 金属的实际晶体结构
二、晶体中的缺陷
晶体中原子完全为规则排列时，称为理想晶体。实际上，金 属由于许多因素（如结晶条件、原子热运动及加工条件等）的影 响，使某些区域的原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在着大 量缺陷。根据晶体缺陷的几何特征，可将其分为以下３类：
点缺陷是指在长、宽、高三个方向上尺寸都很小的一种缺陷， 最常见的是空位和间隙原子，如图２-６所示。
可以由给定组元按不同比例配制出一系列不同成分的合金， 这一系列合金就构成了合金系。例如各种牌号的碳钢就是由不同 铁、碳含量的合金所构成的铁碳合金系。
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第三节 合金的晶体结构
二、合金的相结构
根据构成合金的各组元之间相互作用的不同，固态合金的相 结构可分为固溶体和金属化合物两大类。
合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相，称为 固溶体。形成固溶体后，晶格类型保持不变的组元称溶剂，晶格 消失的组元称溶质。固溶体的晶格类型与溶剂组元相同。
晶体中位错的多少可用单位体积中所包括的位错线的总长度 表示，称为位错密度，即
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第二节 金属的实际晶体结构
面缺陷是指呈面状分布，即在两个方向上的尺寸很大，而在 第三个方向上尺寸很小的缺陷。这类缺陷主要有晶界和亚晶界。 （１）晶界。工业上使用的金属材料一般都是多晶体。多晶体中两个 相邻晶粒之间的位向不同，所以晶界处实际上是原子排列逐渐从 一种位向过渡到另一种位向的过渡层，该过渡层的原子排列是不 规则的。相邻晶粒的位向差一般为３０°～４０°，晶界宽度为 ５～１０个原子间距，如图２-８所示。
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第一节 纯金属的晶体结构
体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子分布在立方体的８ 个结点及中心处，如图２-２所示。
面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，原子分布在立方体的 ８个结点及各面的中心处，如图２-３所示。
密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱体，晶胞的３个棱边长 度犪＝犫＝犮，晶胞棱边夹角α＝β＝９０°、γ＝１２０°，其晶 格常数用正六边形底面的边长犪和晶胞的高度犮表示。在密排六 方晶胞的１２个结点上和上、下底面的中心处各排列有一个原子， 此外柱体中心处还包含着３个原子，如图２-４所示。
第一节 纯金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
固态物质按其原子的排列特征可分为晶体与非晶体。凡原子 按一定规律排列的固态物质，称为晶体。如金刚石、石墨及固态 金属与合金。而少数固态物质，如松香、沥青、玻璃、塑料等是 非晶体。对两者比较可以看出，晶体具有如下特点： （１）原子在三维空间呈规则、周期性重复排列，如图２-１（ａ）所 示； （２）具有一定的熔点，如纯铁的熔点为１５３８℃，铝的熔点为６ ６０℃； （３）晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异 性。
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第二节 金属的实际晶体结构
一、单晶体与多晶体
晶体内部晶格位向完全一致的晶体称为单晶体，单晶体具有 各向异性的特征。在工业生产中，只有通过特殊制作才能获得单 晶体，如半导体元件、磁性材料、高温合金材料等。
实际使用的工业金属材料，即使体积很小，其内部仍包含了 许多颗粒状的小晶体。每个小晶体的内部，晶格方位都是基本一 致的，而各个小晶体之间彼此的方位都不相同的，如图２-５所示。 每个小晶体的外形多为不规则的颗粒，通常称为晶粒。晶粒与晶 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称为 多晶体。一般金属材料都是多晶体。
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第一节 纯金属的晶体结构
金属晶体除具有上述晶体所共有的特征外，还具有金属光泽、 良好的导电性、导热性和延展性，尤其是金属晶体还具有正的电 阻温度系数，这是金属晶体与非金属晶体的根本区别。
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第一节 纯金属的晶体结构
二、晶体结构的基本知识
为了形象描述晶体内部原子排列的规律，可将原子抽象为 几何点，并用一些假想线条将几何点在三维方向连接起来，这样 构成的空间格子称为晶格，如图２-１（ｂ）所示。晶格中的每一 个点称为结点。
不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。结晶学中
规定，晶胞的大小以其各棱边尺寸a、b、c表示，称为晶格常数，
所占体积的百分比，用 来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
三、金属中常见的晶格类型
各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，故呈现出不同的 物理、化学及力学性能。除少数金属具有复杂晶格外，大多数金 属的晶体结构都比较简单，其中常见的有以下３种：
