航空工程材料金属的晶体结构

1、金属的晶体结构一、金属1、 原子间三种结合方式：离子键、共价键、金属键。2、 金属键没有饱和性和方向性，所以金属原子可以达到紧密排列。3、 各类晶体的配位数最大为12，致密度最大为74%。面心立方晶格和密排六方晶格属于最紧密排列的晶格。因为面心立方比体心立方致密度大，所以铁从常温加热膨胀过程中，当转变为铁（面心立方晶体结构）时，会出现体积忽然缩小的现象；温度升高转变为铁（体心立方结构）时，体积忽然膨胀的现象。4、 原子以离子键和共价键结合不能达到紧密排列的状态，因为这种结合方式对原子周围的原子数有一定限制。5、 当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低能量，大量原子必须保持在一定的平衡

2、距离。这是金属原子趋于规则排列的重要原因。二、金属的晶体结构6、 晶体的特性：有固定的熔点和凝固点；各向异性。7、 一般金属都是多晶体。8、 由两个以上晶粒组成的晶体是多晶体。只有一个晶粒的晶体的单晶体。9、 晶粒是由一个晶核长大的晶体。晶核是尺寸大于等于临界尺寸的晶胚。晶胚即冷却液中的相起伏。10、 多晶体中晶粒的位向是任意的，晶粒的各向异性被抵消，所以一般情况下整个晶体不显示各向异性。11、 晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界。12、 三种最常见的晶体结构：面心立方、体心立方、密排六方。13、 面心立方晶格和密排六方晶格属于最紧密排列的晶格。14、 面心立方体晶格的最大间隙为八

3、面体间隙。15、 体心立方晶格的间隙有八面体间隙和四面体间隙两种。16、 体心立方的致密度比面心立方晶格的低，但它的间隙数量多，每个间隙的直径比面心立方晶格的小。17、 金属的同素异构转变：少数晶体具有多种晶体结构。金属由一种晶体结构向另一种晶体结构转变称为同素异构转变。是一种相变，也叫重结晶。18、 同素异构转变也是形核和长大的过程。这种固态下的相变结晶叫重结晶。三、实际金属的晶体结构19、 晶体结构缺陷对金属的性能，特别对对结构敏感的性能有重大影响。20、 晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷。21、 点缺陷分为空位、间隙原子、置换原子。22、 所有点缺陷都会造成晶格畸变，对金属性能产生影响

4、。23、 点缺陷会加速金属的扩散过程。因此所有与扩散有关的相变、化学热处理、高温下的塑性变形和断裂都与点缺陷有密切关系。24、 点缺陷是一种热平衡缺陷。即在一定温度下有一个平衡浓度。25、 一定温度下，异类原子形成的间隙原子和置换原子缺陷的平衡浓度称为固溶度和溶解度。通常置换原子的固溶度要比间隙原子的大的多。26、 线缺陷主要是各种型式的位错。最基本的类型有两种：刃型位错和螺旋位错。27、 线缺陷对金属的强度、断裂和塑性变形起着决定性作用。28、 单位体积中所包含的位错线的长度称为位错密度。29、 位错密度和强度的关系如右图：30、 如果金属中不存在位错，它将具有极高的强度，高达13400MP

5、a；退火态工业纯铁强度低于300PMPa，相当于图中m处强度；合金化（即固溶强化）、加工硬化和热处理可以增加位错密度，提高金属的强度。31、 面缺陷包括外表面和内界面两种。内界面又包括晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错和相界。32、 晶界是两个晶体结构相同，位向不同的晶粒的界面。有小角度晶界和大角度晶界之分。多晶体金属材料中的晶界多属于大角度晶界。大角度晶界的界面能远高于小角度晶界的界面能，所以大角度晶界的迁移速度比小角度晶界大。33、 相界是具有不同晶体结构的两相之间的分界面。相界结构分为三类共格界面、半共格截面、非共格界面。34、 亚结构和亚晶界含义是广泛的。它们泛指尺寸比晶粒更小的细微组织和这些组织的分界面。它们可以在凝固时形成，可在形变时形成，也可在回复再结晶时形成，还可以在固态相变时形成。亚结构为小角度晶界。如形变亚结构和形变退火时形成的亚晶和它们之间的界面都属于此类。35、 晶界上存在晶格畸变，对金属材料的塑性变形起阻碍作用。宏观表现为金属具有更高的强度和硬度。36、 由于界面能的存在，使晶界熔点低于晶体内部，且易于腐蚀和氧化。37、 晶界上空位、位错等缺陷多，因此原子扩散快，在发生相变时，新相晶核总是在晶界上形成。通常也有少量晶核在