1. 金属的结构与结晶

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1、第一章金属的结构与结晶第一章金属的结构与结晶•金属的特性和金属键；•金属晶体结构是决定性能的内在基本因素之一；•实际晶体中晶体缺陷普遍存在，对金属的许多性质，尤其是力学性能有着重大的影响；•纯金属结晶过程；•晶粒细化对提高金属材料力学性能的显著作用，凝固时细晶粒细化化晶粒的途径和方法。1第一章金属的结构与结晶§1.1金属的特征§1.2金属的晶体结构§1.3实际晶体中的缺陷§1.4金属的结晶过程§1.5晶粒大小控制2§1.1金属的特征§1.1金属的特征与非金属相比，固态金属具有它独特的性能，如良好的导电性、导热性、延展性（塑性变形能力）和金属光泽。思考这些是金属

2、的特性么？能否据此来区分金属与非金属呢？不是3§1.1金属的特征1.有的非金属也可能表现出上述某些特性：如：石墨能导电金刚石导热无机化合物的金属光泽；2.各种金属晶体之间，这些特征的差别也很大：鈈、锰的导电能力比银、铜相差近百倍锑、铬、钒等金属是一种“脆性”金属。因此，只根据以上的一些特性来区分金属和非金属是不够充分的。3.金属的特征：正的电阻温度系数4§1.1金属的特征金属为何具有上述这些特性呢？主要是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关金属键金属键是金属原子之间的结合键，它是大量金属原子结合成固体时，彼此失去最外层子电子（过渡族元素也失去少数次外层

3、电子），成为正离子，而失去的外层电子穿梭于正离子之间，成为公有化的自由电子云或电子气，而金属正离子与自由电子云之间的强烈静电吸引力（库仓引力），这种结合方式称为金属键。5§1.1金属的特征金属材料以金属键方式结合，从而使金属材料具有以下特征：良好的导电、导热性：自由电子定向运动（在电场作用下）导电、（在热场作用下）导热。正的电阻温度系数：金属正离子随温度的升高，振幅增大，阻碍自由电子的定向运动，从而使电阻升高。不透明，有光泽：自由电子容易吸收可见光，使金属不透明。自由电子吸收可见光后由低能轨道跳到高能轨道，当其从高能轨道跳回低能轨道时，将吸收的可见光能量

4、辐射出来，产生金属光泽。具有延展性：金属键没有方向性和饱和性，所以当金属的两部分发生相对位移时，其结合键不会被破坏，从而具有延展性。6返回§1.2金属的晶体结构§1.2金属的晶体结构1）晶体与非晶体2）金属的晶体结构3）晶面和晶向及其表示方法4）金属晶体的特点7§1.2金属的晶体结构晶体：材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列—长程有序。非晶体：原子无规则堆积，也称为“过冷液体”—短程有序。晶体非晶体金刚石、NaCl、冰等。蜂蜡、玻璃等。液体8§1.2金属的晶体结构扩充知识•微晶：快速凝固的晶态金属或合金的颗粒尺寸要小得多，仅为微米纳米级尺度

5、，高强度高硬度；•准晶：在晶体内部的原子长程有序，介于晶体和非晶体之间；•液晶：二维长程有序,介于晶体状态和液态状态之间的中间物质。9返回§1.2金属的晶体结构zcxabyd晶胞a原子堆垛模型b空间点阵c晶格10§1.2金属的晶体结构空间点阵将晶体内部的原子（离子）或原子群（离子群）抽象为无数点子按一定的方式在空间做有规则的周期性分布，这些几何点子的总体称为空间点阵，这些点称为阵点或节点。晶格用一系列假想的平行直线将空间点阵的阵点联结起来，形成的空间网络称为空间格子，也称晶格。晶胞为了研究空间点阵的排列特点，从点阵中取出一个反映点阵特征的基本单元（通常是

6、一个平行六面体）作为其组成单元，这个平行六面体称为晶胞。11§1.2金属的晶体结构七大晶系，十四个空间点阵：简单三斜简单单斜底心单斜简单正交体心正交面心正交底心正交简单六方简单菱方简单正方体心正方简单立方体心立方面心立方12面心立方晶体结构体心立方晶体结构密排六方晶体结构(BCC)(FCC)(HCP)Al,Cu,Ni,Pt,Cr,Mo,W,V,α-FeMg,Be,Cd,ZnAg,Au,Pb,γ-Fe13描述金属晶体结构的一些重要概念晶胞原子数一个晶胞内所含的原子数目。注意相邻晶胞的共有原子的计算方法。原子半径晶胞中最近邻的两个原子之间（平衡）距离的一半。配位数

7、晶格中和某一原子相邻的原子数目称为配位数致密度晶胞中原子本身所占的体积与晶胞体积之比14§1.2金属的晶体结构常见的金属晶体结构工业上常用的金属绝大多数具有比较简单的晶体结构，其中最典型的为以下三种：（1）体心立方晶格bcc（2）面心立方晶格fcc（3）密排六方晶格hcp15§1.2金属的晶体结构体心立方晶格在立方晶胞的八个顶角上各有一个原子，在体中心有一个原子，每个原子与空间点阵中的一个阵点相对应。属于这种晶体结构的纯金属有α-Fe,Cr,Mo,W,V等。16§1.2金属的晶体结构晶格常数：a=b=c；体心立方晶胞===90Z晶胞原子数：2原子半径：

8、c致密度：0.68a致密度=Va/Vc