【分享】&&&&&--金属材料及热处理知识--&&&&&------(四)

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2008/09/24

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试验机/硬度计

2.3 金属的结构

2.3.1 金属的晶体结构
一、纯金属的晶体结构
（1）体心立方晶格（b.c.c）：Body-Centered Cubic Lattice
体心立方晶格的晶胞如下图所示，为一个立方体。在立方体的8个顶角各有一个与相邻晶胞共有的原子，立方体中心还有一个原子。具有体心立方晶格的金属有α-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb等。

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体心立方晶格

晶格常数：a＝b＝c，故只用a即可表示；
晶胞原子数：2，每个顶点的原子为八个晶胞所共有；
原子半径：体对角线上原子间距的一半；
配位数：8；
致密度：0.68。

（2）面心立方晶格（f.c.c）：Face-Centered Cubic Lattice
面心立方晶格的晶胞如下图所示，也是一个立方体。除在立方体的8个顶角上各有一个与相邻晶胞共有的原子外，在6个面的中心也各有一个共有的原子。属于这种晶格的金属有：γ-Fe，Ni，A1，Cu，Pb，Au，Rh等。

晶格常数：a ；
晶胞原子数：4，立方体顶角上的原子为8个晶胞所共有，面上的原子为两个晶胞所共有；
原子半径：面的对角线；
配位数：12；
致密度：0.74。

（3）密排六方晶格（c.p.h）：Close-Packed Hexagonal Lattice
密排六方晶格的晶胞如下图所示，是一个正六棱柱体。在六棱柱体的12个顶角及上下底面的中心各有一个与相邻晶胞共有的原子，两底面之间还有3个原子。属于这类晶格的金属有Mg，Zn，Be，Cd等。

晶格常数：a和c；
晶胞原子数：6；六棱柱顶角原子为六个晶胞所共有，底面中心的原子为两个晶胞共有，两底面之间的三个原子为晶胞所独有；
原子半径：a/2；为底面边长的一半；
配位数：12；
致密度：0.74。

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第1楼2008/09/24

二、实际金属的晶体结构
在实际应用的金属材料中，原子的排列不可能像理想晶体那样的规则和完整，总是不可避免地存在一些原子偏离规则排列的不完整性区域，金属学中将这种原子组合的不规则性，统称之为结构缺陷，或晶体缺陷。根据缺陷相对于晶体的尺寸，或其影响范围的大小，可将它分为点缺陷，线缺陷和面缺陷等。
1.点缺陷
点缺陷是指空间三维尺寸都很小，不超过几个原子间距的缺陷。晶体中的点缺陷主要指空位、间隙原子、置换原子等（如下图所示）。点缺陷的存在，破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，使金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。

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空位：是指晶格中某些缺排原子的空结点，空位的产生是由某些能量高的原子通过热振动离开平衡位置引起的。
间隙原子：某些挤进晶格间隙中的原子称为间隙原子，间隙原子可以是基体金属原子，也可以是外来原子。

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间隙和空位原子

置换原子：如果外来原子取代了结点上原来原子的位置，这种原子称为置换原子。

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第2楼2008/09/24

3.面缺陷：
面缺陷是指在一个方向上的尺寸很小（同点缺陷），而其余两个方向上的尺寸则很大的缺陷。晶体的外表面及各种内界面——一般晶界、亚晶界及层错等属于这一类。
晶界：如果一块晶体内部的晶格方位完全一致，这种晶体称为单晶体。实际使用的金属材料几乎都是多晶体（如下图所示），即由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。

晶粒与晶粒之间的交界面称为晶界（如图所示）。晶界是两个晶粒的过渡部位，原子排列不规则。晶界对位错运动有阻碍作用，是金属中的强化部位。金属的晶粒越细，晶界总面积越大，金属的强度也越高，因而实际使用的金属材料力求获得细晶粒。

亚晶界：晶粒本身也不是完整的理想晶体，它是由许多尺寸很小、位向差也很小的小晶块镶嵌而成的（如下图所示），这些小晶块称为亚晶粒。亚晶粒之间的交界面称为亚晶界。亚晶界对金属同样有强化作用。