第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 1
Ch2 晶体结构与结晶
§ 1 金属的晶体结构
§ 2 实际金属的结构
§ 3 非金属固体结构
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 2
一、晶体的概念
固体
金属、非金属
晶体、非晶体
何谓晶体、非晶体
晶体和非晶体的相互转化（加热和冷却）
晶体的抽象 (晶格、晶胞、晶向、晶格常数 )
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 3
§ 1 金属的晶体结构原子排列模型第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 4
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 5
§ 1 金属的晶体结构原子排列模型第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 6
二、常见的金属晶格晶格特点体心立方
原子数 1＋ 8× (1/8)=2
典型金属,?-Fe,Cr,Mo,W,V,K,Na,Ba,Nb
性能特点：强度很高，塑性较好
致密度,68％ （原子占有晶胞体积的百分数）
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 7
晶格特点面心立方
原子数 6× (1/2)＋ 8× (1/8)=4
典型金属,?-Fe,Cu,Al,Ni,Au,Ag,Pt
性能特点：塑性极好
致密度,74％
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 8
原子数 3＋ 2× (1/2)＋ 12× (1/6)=6
典型金属,Be,Mg,Zn,Cd,?- Ti,?- Co
性能特点：性能介于体心立方和面心立方之间
致密度,74％
晶格特点密排六方
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 9
三、单晶体的各向异性
同一晶体的不同晶面和晶向上的性能不同
Fig2-5 铁的单晶体及其各方向上弹性模量（ E） 示意图
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 10
多晶体结构
晶格缺陷
点缺陷
线缺陷
面缺陷
体缺陷
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 11
一、多晶体结构
晶粒
晶界
显微组织
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 12
显微组织
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 13
显微组织
§ 2 实际金属的结构不同放大倍数下金属的显微组织第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 14
显微组织
§ 2 实际金属的结构不同含碳量的显微组织第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 15
二、晶格缺陷
点缺陷（晶格空位、置换原子、间隙原子）
点缺陷将导致晶格畸变
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 16
线缺陷：呈线状分布的缺陷 __位错 (刃型、螺型 )
位错密度通常为 106～ 108cm/cm3导致晶格畸变
§ 2 实际金属的结构
┴
第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 17
面缺陷
晶 界：晶粒之间的位向为 30o～ 40o
亚晶界：晶粒内的小位向为 1o～ 2o
面缺陷导致晶格畸变
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 18
体缺陷：各种夹杂物
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 19
离子晶体
§ 3 非金属固体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 20
共价晶体
§ 3 非金属固体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 21
高分子晶体（线型高聚物）
§ 3 非金属固体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 22
§ 3 非金属固体结构
高分子晶体（体型高聚物）
第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 23
一、结晶的概念
结晶的定义
§ 4 金属的结晶
结晶与凝固的关系
冷却曲线
过冷度
结晶潜热第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 24
二、金属的结晶过程
形核（自发形核、非自发形核）
长大
树枝晶的形成
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 25
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 26
纯金属的结晶过程
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 27
三、影响生核与长大的因素
过冷度的影响
难熔杂质（孕育处理）
非自发形核
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 28
纯铁晶粒度与力学性能的关系晶粒度
(晶粒数 /mm2)
b
(N/mm2)
s
(N/mm2)
(％ )
6.3 237 46 35.3
51 274 70 44.8
194 294 108 47.5
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 29
金属的同素异构转变
-Fe?-Fe? -Fe1394℃ 912℃
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 30
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 31
五、金属铸锭的组织特点
表面细晶粒层,综合性能好
柱状晶粒层,各向异性
中心粗大等轴晶粒层：
高温性能好，力学性能差
问题：
缩孔
缩松
偏析
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 32
课后作业：
P2 (Ch1) 第 2题
P3 (Ch1) 第 8题、第 9题课内作业：
课内作业：
第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 33
1,常见的金属晶体结构有哪几种？ 它们的原子排列和晶格常数有什么特点？ α —Fe,γ —Fe,Al、
Cu,Ni,Pb,Cr,V,Mg,Zn各属何种结构？
2,已知 γ —Fe的晶格常数 （ a＝ 3.63A） 要大于
α —Fe的晶格常数 （ a＝ 2.89A ）,但为什么 γ —
Fe冷却到 912℃ 转变为 α —Fe时,体积反而增大？
习 题
2009年 7月 19日星期日 1
Ch2 晶体结构与结晶
§ 1 金属的晶体结构
§ 2 实际金属的结构
§ 3 非金属固体结构
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 2
一、晶体的概念
固体
金属、非金属
晶体、非晶体
何谓晶体、非晶体
晶体和非晶体的相互转化（加热和冷却）
晶体的抽象 (晶格、晶胞、晶向、晶格常数 )
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 3
§ 1 金属的晶体结构原子排列模型第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 4
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 5
§ 1 金属的晶体结构原子排列模型第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 6
二、常见的金属晶格晶格特点体心立方
原子数 1＋ 8× (1/8)=2
典型金属,?-Fe,Cr,Mo,W,V,K,Na,Ba,Nb
性能特点：强度很高，塑性较好
致密度,68％ （原子占有晶胞体积的百分数）
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 7
晶格特点面心立方
原子数 6× (1/2)＋ 8× (1/8)=4
典型金属,?-Fe,Cu,Al,Ni,Au,Ag,Pt
性能特点：塑性极好
致密度,74％
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 8
原子数 3＋ 2× (1/2)＋ 12× (1/6)=6
典型金属,Be,Mg,Zn,Cd,?- Ti,?- Co
性能特点：性能介于体心立方和面心立方之间
致密度,74％
晶格特点密排六方
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 9
三、单晶体的各向异性
同一晶体的不同晶面和晶向上的性能不同
Fig2-5 铁的单晶体及其各方向上弹性模量（ E） 示意图
§ 1 金属的晶体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 10
多晶体结构
晶格缺陷
点缺陷
线缺陷
面缺陷
体缺陷
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 11
一、多晶体结构
晶粒
晶界
显微组织
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
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显微组织
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 13
显微组织
§ 2 实际金属的结构不同放大倍数下金属的显微组织第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 14
显微组织
§ 2 实际金属的结构不同含碳量的显微组织第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 15
二、晶格缺陷
点缺陷（晶格空位、置换原子、间隙原子）
点缺陷将导致晶格畸变
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 16
线缺陷：呈线状分布的缺陷 __位错 (刃型、螺型 )
位错密度通常为 106～ 108cm/cm3导致晶格畸变
§ 2 实际金属的结构
┴
第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 17
面缺陷
晶 界：晶粒之间的位向为 30o～ 40o
亚晶界：晶粒内的小位向为 1o～ 2o
面缺陷导致晶格畸变
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 18
体缺陷：各种夹杂物
§ 2 实际金属的结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 19
离子晶体
§ 3 非金属固体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 20
共价晶体
§ 3 非金属固体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 21
高分子晶体（线型高聚物）
§ 3 非金属固体结构第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 22
§ 3 非金属固体结构
高分子晶体（体型高聚物）
第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 23
一、结晶的概念
结晶的定义
§ 4 金属的结晶
结晶与凝固的关系
冷却曲线
过冷度
结晶潜热第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 24
二、金属的结晶过程
形核（自发形核、非自发形核）
长大
树枝晶的形成
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 25
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 26
纯金属的结晶过程
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 27
三、影响生核与长大的因素
过冷度的影响
难熔杂质（孕育处理）
非自发形核
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 28
纯铁晶粒度与力学性能的关系晶粒度
(晶粒数 /mm2)
b
(N/mm2)
s
(N/mm2)
(％ )
6.3 237 46 35.3
51 274 70 44.8
194 294 108 47.5
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 29
金属的同素异构转变
-Fe?-Fe? -Fe1394℃ 912℃
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 30
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 31
五、金属铸锭的组织特点
表面细晶粒层,综合性能好
柱状晶粒层,各向异性
中心粗大等轴晶粒层：
高温性能好，力学性能差
问题：
缩孔
缩松
偏析
§ 4 金属的结晶第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 32
课后作业：
P2 (Ch1) 第 2题
P3 (Ch1) 第 8题、第 9题课内作业：
课内作业：
第二章 晶体结构与结晶
2009年 7月 19日星期日 33
1,常见的金属晶体结构有哪几种？ 它们的原子排列和晶格常数有什么特点？ α —Fe,γ —Fe,Al、
Cu,Ni,Pb,Cr,V,Mg,Zn各属何种结构？
2,已知 γ —Fe的晶格常数 （ a＝ 3.63A） 要大于
α —Fe的晶格常数 （ a＝ 2.89A ）,但为什么 γ —
Fe冷却到 912℃ 转变为 α —Fe时,体积反而增大？
习 题
