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1、金属学及热处理(第二版)哈工大崔忠圻覃耀春主编第一章金属的晶体结构内容提要：本章介绍金属材料的结构与组织，包括金属原子间的结合(原子的结构特点、金属键的本质、结合力与结合能）金属的晶体结构(点阵、晶格、晶胞、晶系、晶面、晶向等）晶体缺陷(点、线、面、体缺陷）合金的相结构（固溶体、化合物）金属学及热处理--第一章学习目标：重点掌握金属材料的晶体结构、晶体缺陷和合金的相结构结构。1.1金属原子间的结合学习目标：根据金属键的本质，解释固态金属的一些特性—导电性、正的电阻温度系数、传热性及延展性等）利用双原子作
2、用模型，分析两个原子间的相互作用（P3的图1-2）1.2金属的晶体结构–1晶体的特性规则排列；各向异性；一定条件下晶态与非晶态可以互换。晶体结构：晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式。晶格：通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，由这些直线形成的空间格架。（假想的格架）晶格的结点：金属原子(或离子)平衡中心的位置。晶体晶格1.2金属的晶体结构–2晶体结构与空间点阵（1）材料性能取决于材料的化学成分和其内部的组织结构ProcessingStructurePropertiesPerformance晶胞
3、unitcell：反映晶格特征的最小组成单元。晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。晶胞的基本特性反映晶体结构(晶格)的特点。晶胞的几何特征：六个参数来描述三条棱边长a、b、c（晶格常数）三条棱边之间的夹角α、β、γ。金属的晶格常数一般为:1×10-10m～7×10-10m。1.2金属的晶体结构–2晶体结构与空间点阵（2）不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数不同，其物理、化学和力学性能也不同。金属的晶体结构可用X射线（X－ray）结构分析技术进行测定。体心立方晶格(胞)Body-CenteredCub
4、ic(B.C.C.晶格)面心立方晶格(胞)Face-CenteredCubic(F.C.C.晶格)密排六方晶格(胞)HexagonalClose-Packed(H.C.P.晶格)提示：由于原子排列紧密程度不一样,当金属从面心立方晶格向体心立方晶格转变时,体积会发生变化。钢在淬火时因相变而发生体积变化的原因。不同晶体结构中原子排列的方式不同,将会使它们的形变能力不同。1.2金属的晶体结构–3三种典型的晶体结构66（1）体心立方结构(BCC晶格)–Page1/5原子排列：八个原子分别处于立方体的八个角上,一
5、个原子处于立方体的中心,角上八个原子与中心原子紧靠一起。体心立方晶胞原子排列11223344557788ccEg.钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe,<912℃)体心立方晶胞特征：（1）晶格常数latticeconstantsa=b=c,α=β=γ=90°（2）晶胞原子数Thenumberoftheatomsbelongingtooneunitcell---2个(每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个晶胞仅为1/8,而中心的那个原子则完全属于这个晶胞。)（
6、3）原子半径atomicradius（4）致密度atomicpackingfactor(APF)---0.68（5）空隙半径gapradius（6）配位数coordinationnumber—最近邻等距离原子数，体心立方晶格的配位数为8。配位数越大,原子排列紧密程度就越大。BCC–Page2/5（3）原子半径晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半,或晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子半径(r原子)。体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线,所以原子半径与晶格常数a之间的关系为：
7、BCC–Page3/5（4）致密度(APF)晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比(也称密排系数)。致密度越大,原子排列紧密程度越大。体心立方晶胞的致密度为：即晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据,其余为空隙。式中：BCC–Page4/5（5）间隙半径若在晶胞空隙中放入刚性球,则能放入球的最大半径为空隙半径。体心立方晶胞中有两种间隙：四面体间隙半径为:r四=0.29r原子；八面体间隙半径为:r八=0.15r原子BCC–Page5/5（2）面心立方结构(FCC晶格)–Page1/4原子排列：
8、金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ-铁( γ-Fe,912℃～1394℃)等具有这种晶格。面心立方晶胞原子排列面心立方晶胞特征：(1)晶格常数a=b=c,α=β=γ=90°(2)晶胞原子数(个)FCC–Page2/4（3）原子半径orFCC–Page3/4（4）致密度0.74(74%)（5）配位数12（6）空隙半径四面体空隙半径为
