1.1金屬的特征

金屬材料:包括純金屬,合金,指由金屬元素或以金屬元素為主形成的具有一般金屬特性的材料決定材料基本性能的因素:化學(xué)成分內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織狀態(tài)金屬的特性：良好的導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性金屬光澤正的電阻溫度系數(shù)其中正電阻溫度系數(shù)是金屬的嚴(yán)格定義金屬的結(jié)合方式：金屬鍵金屬鍵的性質(zhì)決定了金屬的宏觀特性導(dǎo)電性正電阻溫度系數(shù)導(dǎo)熱性不透明并且具有光澤延展性1.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.2.1晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)按其原子（或分子）聚集狀態(tài)可分為體和非晶體兩大類(lèi)。在晶體中，原子（或分子）按一定的幾何規(guī)律作周期性地排列。非晶體中原子（或分子）則是無(wú)規(guī)則的堆積在一起。（如松香、玻璃、瀝青）

晶體：物理性質(zhì)突變各向異性非晶體：物理性質(zhì)變化逐漸過(guò)度各向同性晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別在內(nèi)部結(jié)構(gòu)而非外形，一定條件下晶體與非晶體可以相互轉(zhuǎn)化1.2.2純金屬的晶體結(jié)構(gòu)為了便于表明晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律，把每個(gè)原子看成是固定不動(dòng)的剛性小球，并用一些幾何線條將晶格中各原子的中心連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)空間格架，各原子的中心就處在格架的幾個(gè)結(jié)點(diǎn)上，這種抽象的、用于描述原子在晶體中排列形式的幾何空間格架，簡(jiǎn)稱晶格。

由于晶體中原子有規(guī)則排列且有周期性的特點(diǎn)，為了便于討論

通常只從晶格中，選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的、最小的幾何單元來(lái)分析晶體中原子排列的規(guī)律，這個(gè)最小的幾何單元稱為晶胞，整個(gè)晶格就是有許多大小、形狀和位向相同的晶胞在空間重復(fù)堆積而成的。在晶體學(xué)中，通常取晶胞角上某一結(jié)點(diǎn)作為原點(diǎn)，沿其三條棱邊作三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z，并稱之為晶軸，而且規(guī)定坐標(biāo)原點(diǎn)的前、右、上方為軸的正方向，反之為反方向，并以棱邊長(zhǎng)度a，b，c和棱面夾角α，β，γ來(lái)表示晶胞的形狀和大小。其中a，b，c稱為晶格常數(shù)。金屬晶體三種典型結(jié)構(gòu)1、體心立方晶格體心立方晶格的晶胞它是一個(gè)立方體。在晶胞的中心和八個(gè)角上各有一個(gè)原子，晶胞角上的原子為相鄰的八個(gè)晶胞所共有，每個(gè)晶胞實(shí)際上只占有1／8個(gè)原子。而中心的原子為該晶胞所獨(dú)有。故晶胞中實(shí)際原子數(shù)為8×1／8＋1＝2（個(gè)）。具有體心立方晶格的金屬有α-Fe、Cr、Mo、V、W等。2、面心立方晶格面心立方晶格也是一個(gè)立方體，在晶胞的每個(gè)角上和晶胞的六個(gè)面的中心都排一個(gè)原子，晶胞角上的原子為相鄰的八個(gè)晶胞所共有，而每個(gè)面中心的原子為兩個(gè)晶胞共有。所以，面心立方晶胞中原子數(shù)為8×1／8＋6×1／2＝4（個(gè)）。具有面心立方晶格的金屬有γ-Fe、Cu、Al、Au、Ag、Pb、Ni等。3、密排六方晶格密排六方晶格的晶胞是一個(gè)六方柱體，有六個(gè)呈長(zhǎng)方形的側(cè)面和兩個(gè)呈六邊形的底面所組成。因此，要用兩個(gè)晶格常數(shù)表示。一個(gè)是柱體的高度，另一個(gè)是六邊形的邊長(zhǎng)，在晶胞的每個(gè)角上和上、下底面的中心都排列一個(gè)原子，另外在晶胞中間還有三個(gè)原子。密排六方晶胞每個(gè)角上的原子為相鄰的六個(gè)晶胞所共有，上、下底面中心的原子為兩個(gè)原子所共有，晶胞中三個(gè)原子為該晶胞獨(dú)有。所以，密排六方晶胞中原子數(shù)為12×1／6＋2×1／2＋3＝6（個(gè)）。具有密排六方晶格的金屬有Mg、Zn等。描述晶體結(jié)構(gòu)的一些重要概念晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所含原子數(shù)目晶格常數(shù)和原子半徑配位數(shù)：某一原子周?chē)罱牡染嚯x相鄰原子數(shù)致密度：晶胞中原子本身所占的體積與晶胞體積之比體心立方面心立方密排六方晶胞原子數(shù)246原子半徑與晶格常數(shù)根號(hào)3a=4r根號(hào)2a=4r4r=2a配位數(shù)81212致密度68%74%74%1.2.3金屬晶體中晶面和晶向晶面：金屬晶體中由原子組成的任一平面晶向：由原子列組成組成任一直線方向求晶面指數(shù)1求截距2取倒數(shù)3化整注意：1待定晶面不要通過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn)2正負(fù)號(hào)的意義求晶向指數(shù)1引直線2求坐標(biāo)3化整也可以通過(guò)待求晶向上任意兩點(diǎn)坐標(biāo)值之差求晶向指數(shù)立方晶系中，晶面指數(shù)和晶向指數(shù)相同時(shí)，則晶面與晶向垂直1.2.4金屬晶體的各向異性晶體各向異性多晶體材料各向同性1.3晶體缺陷

晶體內(nèi)部的某些局部區(qū)域，原子的規(guī)則排列受到干擾而破壞，不象理想晶體那樣規(guī)則和完整。把這些區(qū)域稱為晶體缺陷。這些缺陷的存在，對(duì)金屬的性能（物理性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能）將產(chǎn)生顯著影響，如鋼的耐腐蝕性，實(shí)際金屬的屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通過(guò)原子間的作用力計(jì)算所得數(shù)值。根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，可將其分為以下三類(lèi)：點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷1.3.1點(diǎn)缺陷空位間隙原子雜質(zhì)原子:置換雜質(zhì)原子間隙雜質(zhì)原子點(diǎn)缺陷平衡濃度與溫度有關(guān),又稱熱平衡缺陷金屬晶體中的點(diǎn)缺陷主要是空位1.3.2位錯(cuò)刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)位錯(cuò)密度：指單位晶體中位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度1.3.3面缺陷外表面堆垛層錯(cuò)晶界亞晶界孿晶界1.4金屬結(jié)晶的基本概念凝固:物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過(guò)程。結(jié)晶:晶體物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過(guò)程。1.4.1液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)長(zhǎng)程無(wú)序短程有序結(jié)構(gòu)起伏能量起伏1.4.2金屬結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象To時(shí)間溫度理論冷卻曲線實(shí)際冷卻曲線T1結(jié)晶平臺(tái)(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)1過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷概念過(guò)冷度影響因素2潛熱釋放1.4.3金屬結(jié)晶的微觀過(guò)程形核長(zhǎng)大形核、長(zhǎng)大多晶體金屬單晶體金屬1.5形核和長(zhǎng)大1.5.1均勻形核和異質(zhì)形核均勻形核:從過(guò)冷液態(tài)金屬中自發(fā)形成晶核的過(guò)程異質(zhì)形核:液態(tài)金屬依附于未溶質(zhì)點(diǎn)表面形成晶核1.5.2晶體的生長(zhǎng)具有非小平面的物質(zhì):連續(xù)張大機(jī)制,適用于絕大多數(shù)金屬的結(jié)晶長(zhǎng)大過(guò)程小平面型界面:二維形核機(jī)制晶體缺陷生長(zhǎng)機(jī)制純金屬的生長(zhǎng)形態(tài)正溫度梯度:平面生長(zhǎng)負(fù)溫度梯度:枝晶生長(zhǎng)若枝晶在三維空間均衡發(fā)展,這時(shí)晶粒稱為等軸枝晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的