第1章 金属的结构与性能
教学提示：金属材料在性能方面所表现出的多样性、多变性和特殊性是其固有的内在因素在一定外在条件下的综合反映。化学成分，原子集合体的结构以及内部组织是决定金属材料性能的内在基本因素。一个完整的晶粒或亚晶内部，是由同类的原子或不同比例的异类原子按一定规律结合在一起的，并可用严格的几何图案来表达出来。在金属学中用“晶体结构”来概括它，简称“结构”，是指原子集合体中各原子的具体组合状态。成分、结构和组织三者既相互区别，又相互渗透，并分别在不同程度上相互制约着，它们的综合作用决定了金属材料的性能。
教学要求：本章使学生掌握三种常g1998金属的晶体结构、g3244g1949金属中三类晶体g3052g3754、合金中的g2406类基本相g290了g2067常g1998金属材料的g2383学性能(g3993称g1903g3808性能)g3275g3954方g1445及其g4075用g290掌握金属材料常用g2383学性能指g947的g3678g2360g4041g4044、以g940在g1903g2934g2444件g3201g1945g3240能g1620g2156g2444件的g1935g3308g3985g3024
合g2360g1305g3882用金属材料。
1.1 金属的晶体结构
金属在固态下通常都是晶体。金属所表现的种种性能，同金属原子的结构、原子间结合以及金属的晶体结构密切相关。要了解金属材料内部的组织结构，首先必须了解晶体中原子的相互作用和结合方式、有关晶体学的一些基础知识、典型金属理想晶体的结构以及实际晶体中的各种晶体缺陷。
1.1.1 晶体的概念
1,晶体(crystal)g4144g1476晶体(noncrystal)
自然界中的物质，按其内部粒子(原子、离子、分子、原子集团)排列情况可分为两大类：晶体与非晶体。所谓晶体就是指其内部粒子呈规则排列的物质，如水晶、食盐、金属等。由于晶体内的粒子呈规则排列，所以晶体具有下列特点,
(1) 一般具有规则的外形，但晶体的外形不一定都是规则的，这与晶体形成条件有关，
如果条件不具备，其外形也就变g5483不规则。所以不能g1177g1186外g16278g7481g2040g7041，g13792g5224g1186其内部粒子排列情况g7481g11842定是不是晶体。
(2) 有固定的g10088点，g1375如，g19093(Fe)的g10088点为1538g263g727g19120(Cu)的g10088点为1084.5g263g727g19121(Al)
的g10088点为660.37g263。
(3) 具有各g2533g5334性。所谓各g2533g5334性，就是在同一晶体的不同方g2533g990，具有不同的性能。
非晶体内部粒子呈g7092规则的g3546g12227，g3252g8504g8821有晶体的g990g17860特点。g10639g10839是一种典型的非晶体，g6937g5460g5460g4570非晶体的固态物质(g12628g12228非晶态物质)g12228为g10639g10839体。
金属学与热处理
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晶体g13443物质与非晶体g13443物质在性质g990的g2318g2047g1039要有两点,
g311 g2081g13785g10088g2282g7114具有固定的g10088点，g13792g2530g13785g2376g4396在一g1022g17731g2282g9213g5242g14551g3272，g8821有g7138g7186的g10088点g727
g312 g2081g13785具有各g2533g5334性，g13792g2530g13785g2376为各g2533同性。
2,金属晶体的特性
金属一般g3355属晶体。但g7380g17829g1166g1216g4557g7588些金属g18331用特g8542的g5049g14414g6526g7057，也可g1363固态金属呈非晶态。金属的晶体结构是指构成金属晶体中的原子(离子)具体结合与排列的情况。金属原子的特点在于g4439的g7380外g4630的g11017子g6980g17751g4581，大g3822一g1022g6122两g1022，g7380g3822不g17241g17819g3247g1022，金属原子
g7143于g1014g3845外g4630g11017子，以g1427g17810g2052与其相g18063的g2081一g2620g7411的g5828性g1815g13044相g1296的g11017子结构。
g7693g6466g17829g1207物理和g2282学的g16278点，g3800于集g13870g10378态的金属原子，g1852部g6122大部分都g4570g4439g1216的g1227
g11017子g17141g10498g1998g7481，作为g6984g1022原子集体所g1856有。这些g1856有g2282的g11017子也g12228自由g11017子，g4439g1216组成所谓g11017子g1125g6122g11017子g8680，在点g19465的g2620g7411g3342中按g18339子g2159学规g5471g17828g2172g11540g727g13792g17141g10498g1998g11017子的原子，则变成g8503离子，g4439g8797g9036在g11017子g1125中，g4439g1216g1393g19764g17828g2172于其间的g1856有g2282自由g11017子的g19757g11017作用g13792结合g17227g7481。这种结合g2495金属g19202，g4439g7092g20293和性和方g2533性的g19394题。金属晶体中的原子(离子)之间是g19764金属g19202结合的。
金属晶体中原子(离子)排列的规g5471性，可由 X 射线结构分析方法测定，结果表g7138，原子(离子)排列g3355有其g2620g7411性。金属晶体中原子排列的g2620g7411性可用其基本几何单g1815体“晶胞”
g7481描g17860。
1.1.2 金属的晶体结构
1,晶格g4144晶g870
晶体结构是指晶体中原子(g6122离子、分子、原子集团)的具体排列情况，也就是晶体中的这些质点(原子、离子、分子、原子集团)在三维空间有规g5471的g2620g7411性的重复排列方式。
组成晶体的物质质点不同，排列的规则不同，g6122g13785g2620g7411性不同，就可以形成各种各样的晶体结构，即实际g4396在的晶体结构可以有很g3822种。假定晶体中的物质质点都是固定的刚性小球，那么晶体即由这些刚性小球按一定几何规则排列的紧密g3546g12227，如图1.1(a)所示。由图可见，原子在晶体中是有规则的、g2620g7411性的排列的。这种排列的形式g12228为空间点g19465，g12628g12228点
g19465(lattice)。为方g1427g17227见，g1166为地g4570点g19465用直线连接g17227g7481形成空间格子，g12228之为晶格(unit
lattice)，如图1.1(b)所示。
(a)原子堆垛模型 (b)晶格 (c)晶胞
图1.1 晶体中原子排列示意图
第1章 金属的结构与性能
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由于晶体中原子的规则排列具有g2620g7411性的特点，g3252g8504，为了g12628g1427g17227见，通常只g1186晶格中选取一g1022能够完g1852反映晶格g4557g12228特征的、g7380小的几何单g1815g7481分析晶体中原子排列的规g5471，
这g1022g7380小的几何单g1815g12228为晶胞(unit lattice cell)，如图1.1(c)所示。g6984g1022晶格就是由许g3822大小、
形g10378和位g2533相同的晶胞在空间重复g3546g12227g13792成的。晶胞的大小和形g10378常以晶胞的棱边长g5242a、
b、c及棱间夹角α、β、γg7481表示，如图1.2所示。图中通g17819晶胞角g990g7588一结点沿其三条棱边作三g1022坐标轴x、y、z，g12228为晶轴。晶胞的棱边长g5242，g12228为晶格常g6980(lattice constant)g6122点
g19465常g6980，晶胞的棱间夹角又g12228为晶轴间夹角。习惯g990，以原点O的g2081、右、g990方为轴的g8503
方g2533(反之为负方g2533)。
图1.2 晶轴及晶胞的六个参数
2,g1186金属的g1317g3832晶体结构
金属晶体中原子在空间规则排列的方式g12228为金属的晶体结构。金属原子间的结合g19202为金属g19202，由于金属g19202的g7092方g2533性和不g20293和性，g1363金属原子(离子)趋于作高g5242g4557g12228的、紧密的和g12628单的排列。
自然界中的晶体有成千g990万种，g4439g1216的晶体结构各不相同，但若g7693g6466晶胞的三g1022晶格常g6980和三g1022轴间夹角的相互关系g4557所有的晶体进行分析，则发现空间点g19465只有14种类型，
进一步g7693g6466晶体的g4557g12228程g5242高低和g4557g12228特点，1855 年，法国学g13785布拉维(Bravais)用g6980学方法证g7138了空间点g19465共有且只能有14种(见图1.3)，并归纳为七g1022晶系，见表1-1。
表1-1 晶系及其点阵特征
序 号 晶 系 空间点阵特征 晶体例证
1 三斜晶系 a ≠ b≠ c,α≠ β≠ γ≠ 90° K
2
CrO
7
2 单斜晶系 a ≠ b ≠ c，α = γ = 90°≠ β CaSO4?2H2O
3 正交晶系(斜方晶系) a ≠ b ≠ c，α = β = γ = 90° Fe
3
C
4 六方晶系 a = b ≠ c，α= β = 90°，γ=120° Zn、Mg、Ni
5 菱方晶系(三角晶系) a = b = c，α = β = γ≠90° Sb、Bi、As
6 正方晶系(四方晶系) a = b ≠ c，α = β = γ = 90° TiO2、β-Sn
7 立方晶系 a = b = c，α = β = γ = 90° Fe、Cu、NaCl
金属学与热处理
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(a)简单三斜 (b)简单单斜 (c)底心单斜
(d)简单正交 (e)底心正交 (f)体心正交 (g)面心正交
(h)简单六方 (i)简单菱方 (j)简单正方 (k)体心正方
(l)简单立方 (m)体心立方 (n)面心立方
图1.3 14种平移点阵的单胞
由于金属原子趋向于紧密排列，所以在工业上使用的金属元素中，除了少数具有复杂的晶体结构外，绝大多数金属具有面心立方(fcc)、体心立方(bcc)和密排六方(hcp)三种典型的晶体结构。
(1) 体心立方晶格(bodycentered cubic lattice)：体心立方晶体的晶胞如图1.4所示。其晶胞是一个立方体，晶格常数a＝b＝c，晶轴间夹角α ＝ β ＝ γ ＝90°，所以通常只用一个晶格常数 a 表示即可。在体心立方晶胞的每个角上和晶胞中心都有一个原子。在顶角上的原子为相邻八个晶胞所共有，故每个晶胞只占1/8，只有立方体中心的那个原子才完全属于该晶胞所独有，所以实际上每个体心立方晶胞所包含的原子数为：8×1/8+1=2个。
具有体心立方晶体结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。
第1章 金属的结构与性能
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(a)刚性小球模型 (b)质点模型 (c)晶胞原子数
图1.4 体心立方晶胞
(2) 面心立方晶胞(facecentered cubic lattice)：面心立方晶体的晶胞如图1.5所示。其晶胞也是一个立方体，晶格常数a＝b＝c，晶轴间夹角α ＝ β ＝ γ ＝90°，所以也只用一个晶格常数 a 表示即可。在面心立方晶胞的每个角上和晶胞的六个面的中心都有一个原子。面心立方晶胞所包含的原子数为：8×1/8+6×1/2=4个。
具有面心立方晶体结构的金属有γ-Fe、A1、Cu、Ag、Au、Pb、Ni、β-Co等。
(a)刚性小球模型 (b)质点模型 (c)晶胞原子数
图1.5 面心立方晶胞
(3) 密排六方晶胞(closepacked lattice hexagonal)：密排六方晶体的晶胞如图1.6所示。
它是由六个呈长方形的侧面和两个呈正六边形的底面所组成的一个六方柱体。因此，需要用两个晶格常数表示，一个是正六边形的边长a，另一个是柱体的高c。在密排六方晶胞的每个角上和上、下底面的中心都有一个原子，另外在中间还有三个原子。因此，密排六方晶格的晶胞中所含的原子数为：6×1/6×2+2×1/2+3=6个。
(a)刚性小球模型 (b)质点模型 (c)晶胞原子数
图1.6 密排六方晶胞
金属学与热处理
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具有密排六方晶体结构的金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti、α-Co等。
密排六方晶体结构，因其体内三个原子和其他原子的环境是不同的，故不能同g7114g1328
为g19465g9869，g13792是g2010g2047g994另一个原子一g17227构成一个g19465g9869，所以密排六方晶体结构属于g12628g2345六方
g9869g19465。
3,晶面和晶向的表示方法
在晶体中，由一g13007列原子所组成的g5191面g12228为晶面，g1231g5859(两个原子g1055间g17842g13459)一列原子所g6363的方向g12228为晶向。为了g2010g7524的方g1427，通常用一g1135晶体g4410g6363数g7481表示晶面和晶向，g2010g2047
g12228为晶面g6363数和晶向g6363数，其g11842g4462方g8873如下。
1) 晶面g6363数 (indices of crystal faces)
晶面g6363数的g11842g4462g8505g20600如下,
g311 g17885g2474三个晶轴为g3364g7643g13007的轴，g2520轴g2010g2047以相g5224的g9869g19465常数为g18339g5242g2345g1313，其正g17139g1863g13007
同一g14336常g1375g727
g312 g1186g8454g11842g4462的晶面组中，g17885g2474一个不通g17819原g9869的晶面，g6226g1998它在三个g3364g7643轴上的g6142g17329g727
g313 g2474g2520g6142g17329的g1510数，g6365g8616g1375g2282为g12628g2345g6984数h、k、l，g13792g2530用g6336g2507g6336g17227g7481成(h k l)，即为所g8726晶面的g6363数。
g5415g7588晶面g994一晶轴g5191g15904g7114，它在g17837个轴上的g6142g17329可g11487成是∞，g2029相g5224的g6363数为0。
g5415g6142g17329为g17139g1552g7114，在相g5224的g6363数上边g2164以g17139g2507。
图1.7所示是立方g13007的g1972个晶面和它g1216的g6363数。
图1.7 立方系的几个晶面和它们的指数
由于g4557g12228g1863g13007，晶体中等同的晶面，即原子g6122g2010子排列相同的晶面，g5460g5460不只一组，
g1375如立方g13007中和(1 1 1)面等同的还有三组，即(1 1 1)、(111)、(111)等。g17837g3247组g2524g12228一个晶面g7075g6122晶面g13007，g2474其中g1055一的g6363数，用大g6336g2507g6336上g13792成g7911 1 1g793g7481表示g17837个晶面g7075。g6524g13792
g5203g1055，g2029可用g791h k lg793g7481g8879g6363g2520晶面g7075。
2) 晶向g6363数(orientation index)
晶向g6363数的g11842g4462g8505g20600如下,
g311 以晶胞的三个g7877边为g3364g7643轴 x、y、z，以g7877边长g5242(即晶格常数)g1328为g3364g7643轴的长g5242
g2345g1313g727
g312 通g17819g3364g7643原g9869g1328一g994所g8726晶向g5191g15904的另一晶向g727
第1章 金属的结构与性能
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g313 g8726g1998g17837个晶向上g1231一g17148g9869的g11702g18339在三个g3364g7643g7643轴上的g2010g18339(即g8726g1998g1231一g17148g9869的g3364
g7643数)g727
g314 g4570此数g6365g8616g1375g2282为g12628g2345g6984数u、v、w，g13792g2530用方g6336g2507g6336g17227g7481成[u v w]，即g5483所g8726的晶向g6363数。如g3364g7643数为g17139g1552，即在相g5224g6363数上边g2164g17139g2507，g1375如[ u v w ]。
图1.8所示为立方晶胞中的g1039要晶向。
g994晶面相g1296，晶体中的相g1296晶向，即g13459g2620g7411等同的晶向，也是成g7075g1998g10628的，g12228g1055为晶向g7075，以< u v w >g7481表示。
晶体中一g13007列晶面可相g1144于一g7477g11464g13459g6122g1972g7477相g5191g15904的g13459，g17837g1135晶面g2524g12228一个晶g5114，g17837g1135
g11464g13459所g1207表的晶向g12228晶g5114轴。晶g5114轴[u v w]g994其所属晶面g791h k lg793g1055间g2520g6363数g9397g17287g5347(1-1),
0hu kv lw++= (1-1)
在立方晶g13007中，晶面g6363数g994晶向g6363数在数g1552上完全相同g6122成g8616g1375g7114，它g1216是g1126相g3414g11464
的，g1375如[1 1 1] ⊥ (1 1 1)，如图1.9所示。
图1.8 立方晶胞中的主要晶向 图1.9 晶面与晶向互相垂直
1.1.3 晶体结构缺陷
在实际g5224用的金属g7460g7021中，原子的排列不可能g1699g10714g5831晶体那g7691g16280g2029和完g6984，g5647是不可
g18003g1825g3332g4396在一g1135原子g1571g12175g16280g2029排列的不完g6984g5627g2318g3507，金属g4410中g4570g17837种原子组g2524的不g16280g2029g5627，
g13491g12228g1055为结构g13582g19531，g6122晶体g13582g19531。g7693g6466g13582g19531相g4557于晶体的尺寸，g6122其影响范围的大小，可
g4570它g2010为g9869g13582g19531、g13459g13582g19531、面g13582g19531和体g13582g19531。
1,点缺陷(point defect)
g9869g13582g19531的特征是三个方向的尺寸都很小，不超g17819g1972个原子间g17329，晶体中的g9869g13582g19531g1039要
g6363空g1313、间隙原子和置换原子，如图1.10所示。g17837里所说的间隙原子是g6363g5224占g6466正常g19465g9869
的原子跑到了g9869g19465间隙中。
在g1231何温g5242下，金属晶体中的原子都是以其g5191衡g1313置为中心不间断g3332进g15904着热振动。
原子的振幅大小g994温g5242有g1863，温g5242越高，振幅越大。在一g4462的温g5242下，每个原子的振动能
g18339并不完全相同，在g7588一瞬间，g7588g1135原子的能g18339可能高g1135，其振幅就要大g1135g727g13792另一g1135原子的能g18339可能低g1135，振幅就要小g1135。g4557一个原子g7481说，g17837一瞬间能g18339可能高g1135，另一瞬间能g18339反g13792可能低g1135，g17837种g10628象g12228为能g18339g17227伏。g7693g6466g13491计g16280律，在g7588一温g5242下的g7588一瞬间，
g5647有一g1135原子具有g17287够高的能g18339，以克服g2620围原子g4557它的约束，脱g12175开原g7481的g5191衡g1313置迁金属学与热处理
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移到g2047处，其结果，即在原g1313置上g1998g10628了空结g9869，g17837就是空g1313(vacancy)。显然，g17837种脱g1313
的原子越多，空g1313也就越多。脱g1313原子的去处大致有三：一是跑到晶体表面去，g17837g7691所产生的空g1313g12228肖脱基(Schottky)空g1313g727二是跑到g9869g19465间隙中，所产生的空g1313g12228弗兰克空g1313g727三是跑到其他空g1313中，g17837g5415然不会增g2164新空g1313，但可使空g1313变换g1313置。
图1.10 晶体中的各种点缺陷
1—大的置换原子 2—肖脱基空位 3—异类间隙原子
4—复合空位 5—弗兰克空位 6—小的置换原子
产生空g1313g2530，其邻近原子由于失去了g5191衡，都会向着空g1313g1328一g4462程g5242的松弛，g1186g13792在其g2620围g1998g10628一个波及到一g4462范围的畸变g2318，g6122弹g5627g5224变g2318。所以每个空g1313g2620围都会产生一个g5224力场，它g994小的g1207g1313原子g2620围g1998g10628的g5224力场相g1296，只是程g5242要大。同g7691，间隙原子g2620
围也会g1998g10628一个g994间隙g5347溶g17148原子g6122大的g1207g1313溶g17148原子相g1296的g5224力场，但程g5242要大g5483多，
特g2047是在密集结构中。g5647g1055，无论哪一种g9869g13582g19531(空g1313、间隙原子g6122其他)的g1998g10628，都会引
g17227晶体能g18339的升高，g17837g5415然会增g2164晶体的不稳g4462g5627。但另一方面，它g1216的g1998g10628会引g17227晶体熵g1552的显著增大，g13792熵g1552越大晶体g5224该越稳g4462。g17837两个相g1126矛盾的因素使g5483晶体中的空g1313
g6122间隙原子在每一温g5242都有一个相g5224的g5191衡浓g5242。温g5242越高其g5191衡浓g5242也g4570越大。通g17819由高温激冷、冷g2164工、高能粒子轰击以及氧g2282等方g8873，可使它g1216的浓g5242显著高于g5191衡浓g5242，
即达到g17819饱和程g5242。g17819饱和的空g1313，g5415温g5242允许g7114，g6122凝聚为空g1313g4557g6122空g1313群，g6122g994其他
g13582g19531相g1126g1328用g13792消失，g6122组成较稳g4462的复g2524体。
2,线缺陷(linear defect)
g13459g13582g19531的特征是g13582g19531在两个方向上的尺寸很小(g994g9869g13582g19531相g1296)，g13792第三个方向上的尺寸却很大，甚者可以贯穿g6984个晶体，属于g17837一类的g1039要是g1313错(dislocation)。g1313错可g2010为刃型g1313错(blade dislocation)和螺型g1313错(spiral dislocation)。
刃型g1313错的模型如图1.11所示，设有一g12628g2345立方晶体，g7588一原子面在晶体内部中断，
g17837个原子g5191面中断处的边缘就是一个刃型g1313错，犹如用一把锋利的钢刀g4570晶体上半部g2010切开，g8851切g2487g11840g6566g1849一g20081外半原子面一g7691，g4570刃g2487处的原子列g12228g1055为刃型g1313错g13459。刃型g1313错有正g17139g1055g2010，g14521g20081外半原子面g1313于晶体的上半部，g2029此处的g1313错g13459g12228为正刃型g1313错，以g12538
g2507g256⊥g257表示。反g1055，g14521g20081外半原子面g1313于晶体的下半部，g2029g12228为g17139刃型g1313错，以g12538g2507g256?g257
表示。
第1章 金属的结构与性能
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图1.11 刃型位错模型
螺型g1313错模型如图1.12所示。g1185g1042g12628g2345立方晶体为g1375，设g4570晶体的g2081半部用刀g2140开，
然g2530g8851g2140开面，并以刃g12483为g11040使g2140开部g2010的g5050g2503两半g8851上下方向g2469生一个原子间g17329的相g4557
切变，g17837g7691，g15441在晶体切变部g2010的上下表面g2520g1998g10628一个g2500g19466AB和DC，但在晶体内部大部
g2010原子g1185相g2575g2524，就g1699g7422切变g7114一g7691，只是g8851 BC g19480近，g1998g10628了一个约相g5415于g1972个原子g4497
的切变和g7422切变g1055间的g17819g9205g2318。在g17837个g17819g9205g2318g3507内，原子正常g1313置都g2469生了错动，它表示切变面g5050g2503两边相邻的两g4630晶面中原子的相g4557g1313置。可以g11487g1998，g8851 BC g13459g5050边有三列原子是g5050g2503错开的，在g17837个错开g2318，g14521环g13481其中心g13459，由Bg6365g20046g7114g19036方向g8851g2520原子g17892一g17220去，
g7380g2530g4570达到 C，g17837就犹如g8851一个g2503螺g7071螺g13453g7071g17728g2081进一g7691，所以g17837g7691的一个g4497g1177g1972个原子间g17329，长g2029穿g17891晶体上下表面的g13459g5627g13582g19531，g2495g2503螺型g1313错。
g14521在图1.12中，使晶体g5050g2503两半g8851g2140开面上下切变的方向相反，g6122者g2140开面在晶体的
g2530半部，其结果完全相g1296，只是g1144g11040g2318中原子g6365g5050螺g7071排列，g17837g7691一种g1313错g12228g5050螺型g1313错。
(a)立体图 (b)沿ABCD面上下两面上原子的相对位置
图1.12 螺型位错模型
3,面缺陷(plane defect)
面g13582g19531的特征是g13582g19531在一个方向上的尺寸很小(同g9869g13582g19531)，g13792其g1325两个方向上的尺寸
g2029很大，晶体的外表面及g2520种内g11040面g252g252一g14336晶g11040、g4414晶g11040、g1134晶g11040、相g11040及g4630错等属于
g17837一类。
1) 晶体表面
金属g6122g2524金的晶体表面是g6363其g994g11507空g6122g2520种外部g1183g17148，如空g8680、g8694g8680、g8706g8680等相g6521g16314
金属学与热处理
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的g11040面。处于g17837种g11040面上的原子g2475内部g14270g17535原子的g1328用力和g2475外部g1183g17148g2010子(g6122原子)的g1328
用力显然是不相g5191衡的，g14521外部为g11507空，g2029g7368不g5191衡。g17837g7691，表面原子就会g1571g12175正常的g5191
衡g1313置，并g10313g17842到邻近的g1972g4630原子，g17837就g17908成表g4630的畸变，它g1216的能g18339g8616内部原子高，g4570
它g1216高g1998的能g18339g2524g17227g7481，g5191g3355在g2345g1313表面g12227上的超g20081能g18339g12228为g8616表面能，g6122g12628g12228表面能，
它g994表面g5364力同数g1552、同g18339g13446。表面能g7094g19555g6521g16314g1183g17148的不同g13792变，也g19555g16076g19718g1998的晶面不同
g13792g5334。此外，表面能还和表面g7366g10587有g1863，g7366g10587越大表面能也越大。
2) 同种晶粒间的g11040面g252g252晶g11040(crystal boundary)
g13443金属g6122g2345相g2524金的组g13467是由同成g2010、同结构的许多晶粒组成的。g2520晶粒g1055间由于相
g4557g2474向(即g2520晶轴在空间的方g1313)不同g13792g1998g10628了g6521g16314g11040面，一g14336g12228为晶g11040。相邻晶粒的g1313向
g5058小于10°的晶g11040g12228为小角g5242晶g11040，相邻晶粒的g1313向g5058大于10°的晶g11040g12228为大角g5242晶g11040。
晶粒的g1313向g5058不同，g2029其晶g11040的结构和g5627g17148也不同。g10628g5062g7609g7138，小角g5242晶g11040基g7424上由g1313错构成，大角g5242晶g11040的结构却g2325g2010复杂，g11458g2081还不g2325g2010g9177g7982，g13792多晶体金属g7460g7021中的晶g11040大部g2010属于大角g5242晶g11040。
3) g5334种晶粒间的g11040面g252g252相g11040面(phase interface)
具有不同晶体结构的两相g1055间的g2010g11040面g12228为相g11040面。相g11040的结构有三类，即共格g11040面、
半共格g11040面和g19762共格g11040面。所g16871共格g11040面是g6363g11040面上的原子同g7114g1313于两相晶格的结g9869上，
为两种晶格所共有。g11040面上原子的排列g16280律g7094g12538g2524g17837个相晶粒内原子排列的g16280律，g2460g12538g2524
另一个相晶粒内原子排列的g16280律。
4) 其他g11040面
g311 g4414晶g11040：它是g13443金属g6122g2524金中，同成g2010同结构的两个晶粒g1055间的一种特g8542g11040面，其特g9869是完全共格的，并g1000两晶粒内部的原子都以g11040面为g4557g12228面g13792处于g19248面g4557g12228g1313置，g17837g7691
一g4557晶粒g12228g1055为g4414晶。
g312 晶粒内的g11040面。如g2081所g17860，一个晶粒内部并不是完全一致的，g13792是由一g1135g2474向g11065有
g5058g5334的小g3371所组成的，g12228g1055为g1134晶，其尺寸一g14336为10
-5
cmg79410
-3
cm，特g8542g5785g1929下为10
-6
cmg794
10
-2
cm，有g7114g4570 10
-6
cmg79410
-4
cm的g1134晶g2495g4896g19274g3371，它g1216g1055间的g11040面g2495g1134晶g11040，g6122g4896g19274g3371g11040，
其结构相g5415于小角g5242晶g11040。
g313 g4630错g11040：它g994g4414晶g11040很相g1296，但无g4557g12228g1863g13007，它是由于晶面的g3546g11744g5219列g2469生g5058错g13792
产生的。
4,体缺陷(body defect)
体g13582g19531的特征是g13582g19531在三个方向的尺寸都较大，但不是很大，g1375如g3278溶体内的g1571聚g2318、
g2010g5079g7509g5369g6967的第二相超显g5506g5506粒以及一g1135超显g5506空g8946等。g5415体g13582g19531较大g7114，即可g5414属于面
g13582g19531g7481g16764论。
1.2 合金的晶体结构
由于g13443金属g5627能上的g4628g19492g5627，实际使用的金属g7460g7021绝大多数是g2524金。由两种g6122两种以上的金属、g6122金属g994g19762金属，g13475g10088g9872、g9915结g6122其他方g8873组g2524g13792成并具有金属特g5627的g10301g17148g12228
为g2524金。组成g2524金g7380基g7424的、独立的g10301g17148g12228为组元，g12628g12228为元。一g14336说g7481，组元就是组成第1章 金属的结构与性能
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g2524金的元素，也可以是稳g4462的g2282g2524g10301。g5415不同的组元g13475g10088g9872g6122g9915结组成g2524金g7114，g17837g1135组元间由于g10301g10714的g6122g2282g4410的相g1126g1328用，形成具有一g4462晶体结构和一g4462成g2010的相。相是g6363g2524金中结构相同、成g2010和g5627能g3355一并以g11040面相g1126g2010开的组成部g2010。由一种g3278相组成的g2524金g12228为g2345
相g2524金，由g1972种不同相组成的g2524金g12228为多相g2524金。
不同的相具有不同的晶体结构，g15441然相的种类g7509为g13333多，但g7693g6466相的晶体结构特g9869可以g4570其g2010为g3278溶体和金属g2282g2524g10301两大类。如果在g2524金相中，组成g2524金的g5334类原子能够以不同g8616g1375g3355g2260g9163g2524，相g1126g1328用，其晶体结构g994组成g2524金的g7588一组元相同，g17837种g2524金相就g2495g1582
g3278溶体。如果在g2524金相中，组成g2524金的g5334类原子有g3278g4462的g8616g1375，g13792g1000晶体结构g994组成组元
g3355不相同，g2029g17837种g2524金相g2495g1582g2282g2524g10301g6122中间相。
1.2.1 固溶体
所g16871g3278溶体是g6363g2524金的组元g1055间以不同的g8616g1375相g1126g9163g2524，g9163g2524g2530形成的g3278相的晶体结构g994组成g2524金的g7588一组元的相同，g17837种相就g12228为g3278溶体，g17837种组元g12228为溶g2070，其他的组元即为溶g17148。g3278溶体成g2010可以在一g4462范围内变g2282，在相图上表g10628为一个g2318g3507。g3278溶体在结构上的特g9869是g5529g20047g1457g6357溶g2070组元的g9869g19465类型。所以如果溶g2070是金属，那g1052g17837一类相的结构类型g5224和g13443金属的结构类型完全一致，g13443金属结构有哪g1135类型，g3278溶体也g5224有哪g1135类型，即
g3278溶体g7424g17535g8821有独立的g9869g19465类型。但g5224g6363g1998，g4625g12661结构类型不变，但具体结构还是有所变
g2282的。g1375如，g5415组元的原子尺寸不同g7114会引g17227的g9869g19465畸变，原子尺寸相g5058越大，引g17227的畸变也越大。
除一g1135特g8542用g17896的g7460g7021外，工业g2524金绝大部g2010都是以g3278溶体g1328为基体的，有的甚g14279完全由g3278溶体所组成。g1375如：产g18339很大、用g17896很g5203的普通碳钢和低g2524金钢，其组g13467中g3278溶体的含g18339g14279少在85%以上，甚g14279可多达98%以上g727α黄铜中，除了杂g17148外，g1972乎 100%是g3278溶体，由此可见g4557g3278溶体的研究具有很重要的实际g5859义。
1,固溶体的分类
1) g6365溶g2070g2010类
(1) 一次g3278溶体：以g13443金属组元g1328为溶g2070的g3278溶体g12228为一次g3278溶体，也g2495边际g3278溶体。
g14521不g2164说g7138，通常所说的g3278溶体即g6363g17837一类g13792言。如上节所g17860，g17837类g3278溶体的结构类型g5529
g20047g994其g13443金属组元g1055一的结构相同。
(2) 二次g3278溶体：以g2282g2524g10301为溶g2070的g3278溶体g12228二次g3278溶体，g6122g2495中间g3278溶体。许多金属g2282g2524g10301g15441可用g2010子g5347g7481表达，但它g1216的g2282g4410成g2010g1185可以在一g4462范围内变g2282，特g2047是金属g5627较强的g2282g2524g10301，如电子g2282g2524g10301、间隙相、拉弗斯相等，它g1216的成g2010变g2282范围很大，
g13792g1000有的甚g14279g6365g2010子g5347的成g2010g7693g7424不能独立g4396在，如 CuAl
2
。所有g17837g1135g5785g1929，都是由于g2282
g2524g10301能够溶解它g14270己的组元g13792组成g3278溶体的缘故。g17837在许多g2524金g13007中是普遍g4396在的g10628象。
另外，有的g2282g2524g10301和g2282g2524g10301g1055间，也可以相g1126溶解g13792组成g3278溶体，如 Fe
3
C 和 Mn
3
C，TiC
和TiN等。
2) g6365g3278溶g5242(溶解g5242)g2010类
(1) 有g19492g3278溶体：在一g4462g7477件下，溶g17148组元在g3278溶体内的浓g5242只能在一个有g19492g5242的范围内变g2282，超g17819g17837个g19492g5242g2530即不能再溶解了，g17837个g19492g5242g2495g3278溶g7509g19492，也g2495g3278溶g5242g6122溶解g5242，
金属学与热处理
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超g17819g17837个g19492g5242，就会有其他g2524金相(另一种g3278溶体g6122g2282g2524g10301)形成。它在相图中的g1313置靠近两g12483的g13443组元，g17837种具有g3278溶g7509g19492的g3278溶体就g2495有g19492g3278溶体，也g12228为g12483际g3278溶体。大部g2010
g3278溶体(包g6336一次和二次)都属于g17837一类。
(2) 无g19492g3278溶体：g5415g3278溶体的g3278溶g5242达到100%g7114，即溶g17148能以g1231何g8616g1375溶g1849溶g2070g7114，
就g2495无g19492g3278溶体g6122g17842续g3278溶体。晶格类型相同是组元间形成无g19492g3278溶体的g5529要g7477件，因为只有晶格类型相同，溶g17148原子才有可能g17842续不断g3332置换溶g2070晶格中的原子，g11464到溶g2070晶格中的原子g1972乎完全被溶g17148原子所置换为止(见图l.13)。事实上，g17837g7114很难g2318g2010溶g2070g994溶g17148，
两者可以g1126换，但通常以浓g5242大于 50%的组元为溶g2070。Cu-Ni g13007、Ag-Au g13007、Cu-Au g13007、
Ti-Zr g13007、Mg-Cd g13007等可g1328为一次无g19492g3278溶体的g1375子g727TiC-ZrC、TiC-VC、TiC-NbC、
VC-NbC、ZrC-NbC以及TiC-TiN等可g1328为二次无g19492g3278溶体的g1375子。
图1.13 形成无限固溶体时两组元原子连续置换示意图
3) g6365溶g17148原子在晶体g9869g19465中所占的g1313置g2010类
(1) g1207g1313g3278溶体：溶g17148原子在晶体中占g6466着g994溶g2070原子等同的g9869g19465g1313置，犹如g2081者g1207
换了g2530者的一g1135g1313置，所以g2495g1207g1313g3278溶体，如图1.14(a)所示。
(2) 间隙g3278溶体：溶g17148原子在晶体中不是占g6466正常的g9869g19465g1313置，g13792是填g1849溶g2070原子间的一g1135间隙g1313置，所以g2495间隙g3278溶体。间隙g3278溶体g5191g3355在每个晶胞上的原子数要g8616溶g2070多，
如图1.14(b)所示。
(a)代位固溶体 (b)间隙固溶体
图1.14 面心立方的结构模型
(3) g13582g1313g3278溶体：在一g1135二次g3278溶体中g2469g10628，g5415g2282g2524g10301的组元g1055一溶g1849g2282g2524g10301g7114，另一组元的一g1135原子g1313置却形成了空g1313，g1375如，O溶g1849FeOg2530，Fe原子会g1998g10628空g1313，g17837类g3278
溶体g2495g13582g1313g3278溶体。
4) g6365溶g17148原子g994溶g2070原子的相g4557g2010g5079进g15904g2010类
(1) 无g5219g3278溶体：溶g17148原子g13491计g5347g3332g6122g19555机g3332g2010g5079在溶g2070晶体g9869g19465中，它g6122占g6466着g994
溶g2070等同的一g1135g1313置，g6122占g6466着溶g2070原子间的间隙，g11487不g1998有什g1052g20046g5219g5627g6122g16280律g5627，g17837类
g3278溶体g2495无g5219g3278溶体。
第1章 金属的结构与性能
·13·
·13·
(2) 有g5219g3278溶体：g5415溶g17148原子g6365适g5415g8616g1375并g6365一g4462g20046g5219和一g4462方向，围g13481着溶g2070原子
g2010g5079g7114，g17837种g3278溶体就g2495有g5219g3278溶体，g7094可以是g1207g1313g5347的有g5219，也可以是间隙g5347的有g5219。
但g5224g6363g1998，有的g3278溶体由于有g5219g2282的结果，会引g17227结构类型的变g2282，所以有的书中g4570有g5219
g3278溶体列g1849中间相。
2,影响固溶度的因素
无论是g13443金属g1055间g6122金属g2282g2524g10301g1055间，相g1126间绝g4557不g3278溶的g5785g1929实际上是不g4396在的，
只是g3278溶g5242有大小g1055g2010。大g18339实践表g7138，g19555着溶g17148原子的溶g1849，g5460g5460引g17227g2524金的g5627能g2469生显著的变g2282，g5506g18339溶g17148元素的溶g1849有g7114会引g17227g5627能的很大变g2282，因g13792研究影响g3278溶g5242的因素很有实际g5859义。很多g4410者都g1582了大g18339的研究工g1328，g2469g10628不同元素间的原子尺寸、电g17139g5627、
电子浓g5242和晶体结构等因素g4557g3278溶g5242g3355有g7138显g16280律g5627的影响。
1) 原子尺寸因素
由半径大小不同的g5334类原子组成的g2524金相，不g1177通g17819配g1313数的变g2282g13792影响其g9869g19465结构的类型，也因g9869g19465g16280g2029g5627的改变g994结构能g18339的增g2164g13792g2475到尺寸因素的控制。原子尺寸因素通常由g2520组元原子半径相g4557g5058表示，即
B A
A
r r
r
r
Δ=,g5347中
A
r 为g1039组元A的原子半径，
B
r 为副组元B的原子半径。
实验表g7138，在g2524金两组元的g17139电g5627相g5058较小g13792有利于形成g3278溶体的g5785g1929下，g5415
15%rΔ< (两组元原子半径g5058g2047不大)g7114，有利于形成具有显著g3278溶g5242的g1207g1313g3278溶体。g13792g5415
41%rΔ> (两组元原子半径g5058g2047较大)g7114，有利于形成具有相g5415g3278溶g5242的间隙g3278溶体。相反，g14521两组元g17139电g5627相g5058较大，即使它g1216的原子半径g5058g2047较大，也有助于形成不同类型的
g2282g2524g10301。
不同尺寸的g5334类原子组g2524在一g17227，会引g17227g9869g19465的畸变，即原子会g1571g12175开其正常的g9869g19465
g1313置，如图1.15所示，即大原子g2620围g2475到压缩，原子间g17329缩小g727小原子g2620围g2475到拉伸，原子间g17329增大。形成g17837g7691的状态g5529然引g17227能g18339的升高，g17837种能g18339g12228为g9869g19465畸变能。由此可见，
在g3278溶体中，每一个溶g17148原子g2620围，都会g1998g10628一个以其为中心并扩展到相g5415范围的g5224力场。
显然，原子尺寸相g5058越大，畸变能也越大，g5224力也越大，g9869g19465也就越不稳g4462，g17837g7691g11464到溶
g2070g9869g19465不能再进一g8505维g6357g7114，g1427达到g3278溶g5242g7509g19492。在通常g5785g1929下，溶g17148原子的尺寸大多g8616
溶g2070g9869g19465的空隙尺寸要大，所以间隙溶g17148原子g2620围的g5224力场多属压g5224力。
(a)大溶质原子 (b)小溶质原子
图1.15 固溶体中溶质原子所引起的点阵畸变示意图
金属学与热处理
·14·
·14·
2) g17139电g5627因素
g17139电g5627是表示元素的原子在g5334类原子的集g2524体中g6122g2010子中能够吸引电子g1328为g14270g17535所有的一种能力，即吸收外g7481电子形成g17139g12175子的倾向g5627。g5415两种组元结g2524g7114，其g17139电g5627g5058g5334可反映g1998它g1216g1055间的g2282g4410亲和力及形成g2282g2524g10301倾向的大小。显然，元素g1055间的g17139电g5627相g5058越大，越有利于形成g2282g2524g10301，g6122所形成的g2282g2524g10301稳g4462g5627越高。由此不难g10714解，g5415进g15904g2524金g2282
g7114，如果组元g1055间g17139电g5627相g5058较大，那g1052就有利于形成g2282g2524g10301，g13792不利于形成g3278溶体，g13792
g1000所形成的g2282g2524g10301越稳g4462，g2029g3278溶体的g3278溶g5242g5529越小g727反g1055，g2029越有利于形成g3278溶体。因此，在g17139电g5627相g5058较大的g5785g1929下，由g5334类原子结g2524的g2524金相，g1427可能使其结g2524方g5347g1186金属键向g12175子键g17819g9205。
元素的g17139电g5627g19555其原子g5219数的增g2164显示一g4462的g2620g7411g5627。在g2282g4410元素g2620g7411表中，同g7075元素的g17139电g5627由上g14279下g17892渐减小g727g13792同g2620g7411元素的g17139电g5627g2029由g5050向g2503g17892渐增大。g7693g6466g17139电g5627
g994原子g5219数的上g17860g1863g13007，利用元素g2620g7411表可以预测形成g3278溶体的可能g5627大小。元素g1055间在
g2620g7411表中相g17329越远，越不利于形成g3278溶体，但有利于形成g2282g2524g10301。g4557给g4462的溶g2070组元g7481说，
溶g17148组元越靠近g2620g7411表的g2503边，g2029其g3278溶g5242可能越小。
3) 电子浓g5242因素
在g2524金中，两个组元的价电子g5647数(e)和两组元的原子g5647数(a)g1055g8616g12228为电子浓g5242(c)，即
(100 )
100
e vx u x
c
a
+?
==
电子
(1-2)
g5347中，xg252g252副组元的原子百g2010数g727
vg252g252每个副组元原子的价电子数g727
ug252g252每个g1039组元原子的价电子数。
g7693g6466金属能g5114g10714论，g4557g5224一g4462g9869g19465结构的g2524金相，其中g14270由电子数g6122电子浓g5242是有g19492
g5242的。g5415超g17819g7509g19492电子浓g5242g7114，由于电子g2010g5079能态的剧增，g4570引g17227该g2524金相结构的改变。
研究表g7138，g5415g5334类原子的价电子数g1055g5058较大g7114，有利于形成中间相，g1000其相结构多g994
电子浓g5242有一g4462g4557g5224g1863g13007g727反g1055，有利于形成g3278溶体，但其溶解g5242g1185g2475电子浓g5242的控制。
1.2.2 金属化合物
构成g2524金的g2520组元间除了相g1126溶解g13792形成g3278溶体外，g5415超g17819g3278溶体的g7380大溶解g5242g7114，
还可能形成新的g2524金相，g2460g12228为中间相。g17837种g2524金相包g6336g2282g2524g10301和以g2282g2524g10301为溶g2070g13792以其中g7588一组元为溶g17148的g3278溶体，它的成g2010可在一g4462范围内变g2282。在该g2282g2524g10301中，除了g12175子键、
共价键外，金属键也参g994g1328用，因g13792它具有一g4462的金属g5627g17148，有g7114就g2495g1582金属g2282g2524g10301。中间相的晶格类型和g5627能g3355不同于g1231一组元，通常可用g2282g2524g10301的g2282g4410g2010子g5347表示。碳钢中的
Fe
3
C、黄铜中的CuZn、铝g2524金中的CuAl
2
等都是金属g2282g2524g10301。
结g2524键和晶格类型的多g7691g5627，使金属g2282g2524g10301具有许多特g8542的g10301g10714g2282g4410g5627能，其中g5062有不少正在开g2469g5224用中，g1328为新的功能g7460g7021和耐热g7460g7021，g4557g10628g1207科g4410技术的进g8505g17227着重要的
g6524动g1328用。中间相一g14336具有以下g1972种特g9869：它g1216在二元相图上所处的g1313置g5647是在两个g12483际
g3278溶体g1055间的中间部g1313，所以g4570它g1216g13491g12228为中间相g727中间相大多数是由不同的金属g6122金属
g994g1134金属组成的g2282g2524g10301，g17837类中间相也g12228金属间g2282g2524g10301g727中间相具有完全不同于g2520组成元素的晶体结构，g2520组元原子g6365一g4462g16280g2029在晶格中呈有g5219排列，g17837是g994g3278溶体g7380重要的g2318g2047g727
中间相的结g2524键g2474决于组元元素g1055间的电g17139g5627g5058，电g17139g5627相近的元素，形成的中间相多以第1章 金属的结构与性能
·15·
·15·
金属键为g1039，g13792电g17139g5627相g5058较大g7114，倾向于以g12175子键g6122共价键结g2524，但一g14336都具有一g4462程
g5242的金属g5627g727中间相的原子通常g6365一g4462g6122大致一g4462g8616g1375组成，可以用g2282g4410g2010子g5347表示，但是除正常价g2282g2524g10301以外，大多数中间相的g2010子g5347不遵循g2282g4410价g16280g2029，许多中间相的成g2010可以在一g4462范围内变g2282，在相图上表g10628为一个g2318g3507，形成以g2282g2524g10301为基的二次g3278溶体，g8616g2010
子g5347原子g8616多g1998的g7588组元的原子可以占g6466中间相中其他组元的g1313置，g6122者中间相中g7588一不
g17287原子g8616的组元所占g6466的g1313置空g13582，形成所g16871g13582g1313g3278溶体g727中间相的g5627能g7138显不同于g2520组成元素的g5627能，一g14336是g11840g13792脆。g7588g1135中间相还具有特g8542的g5627能，如超导g5627、形状记忆效g5224
等。g1375如具有半导体g5627能的金属g2282g2524g10301GaAs，其g5627能远远超g17819了g11458g2081g5203g8879g5224用的硅半导体
g7460g7021，g11458g2081正g5224用在g2469光二g7509g12661的制g17908上，g1328为超高速电子计算机的器件g5062引g17227了世g11040的
g1863注。此外，能记住原始形状的记忆g2524金 NiTi 和 CuZn，具有低热中子俘获g6142面的核反g5224
g3546g7460g7021Zr
3
Al，能g1328为新一g1207能源的储g8694g7460g7021LaNi
5
等等。g4557于工业上g5224用g7380g5203g8879的结构g7460
g7021和工具g7460g7021，由于金属g2282g2524g10301一g14336g3355具有较高的g10088g9869和g11840g5242，g5415g2524金中g1998g10628金属g2282g2524g10301
相g7114，g4570使g2524金的强g5242、g11840g5242、耐磨g5627及耐热g5627提高(但塑g5627韧g5627有所降低)，因此金属g2282
g2524g10301g5062是g17837g1135g7460g7021中不可g13582少的g2524金相。
金属g2282g2524g10301的类型很多，下面g1039要g1183绍三种，即服g1186原子价g16280律的正常价g2282g2524g10301g727决
g4462于电子浓g5242的电子g2282g2524g10301g727小尺寸原子g994g17819g9205g7075金属g1055间形成的间隙相和间隙g2282g2524g10301。
1,正常价化合物
正常价g2282g2524g10301的组元g1055间的结g2524服g1186原子价g16280律，它g1216的成g2010可以用g2010子g5347表达，通常有 AB、AB
2
(g6122 A
2
B)、A
3
B
2
等类型。通常是由金属元素g994g2620g7411表中g19762金属g5627较强的第
Ⅳ、V、Ⅵg7075元素所组成。包g6336g1186g12175子键、共价键g17819g9205到金属键为g1039的一g13007列g2282g2524g10301，组元g1055间的电g17139g5627g5058决g4462了g2282g2524g10301的结g2524键类型和稳g4462g5627。电g17139g5627g5058越大，g2282g2524g10301就越稳
g4462，趋于g12175子键结g2524g727电g17139g5627g5058越小，g2282g2524g10301越不稳g4462，越趋于金属键结g2524。g1375如Mg
2
Si、
Mg
2
Sn、Mg
2
Pb、MnS等，其中Mg
2
Si是铝g2524金中常见的强g2282相，MnSg2029是钢铁g7460g7021中常见的夹杂g10301。
正常价g2282g2524g10301通常具有较高的g11840g5242和脆g5627，g13792其中以共价键为g1039的g2282g2524g10301由于其半导体g5627g17148，尤为引g17227重视。
2,电子化合物
电子g2282g2524g10301是由第Ⅰg7075g6122g17819g9205g7075金属元素g994第Ⅱg14279第Ⅴg7075金属元素形成的金属g2282
g2524g10301，它不遵守原子价g16280律，g13792是g6365照一g4462电子浓g5242的g8616形成的g2282g2524g10301。电子g2282g2524g10301的晶体结构g2474决于g2524金的电子浓g5242，一g4462的电子浓g5242g4557g5224一g4462的晶体结构。g1375如电子浓g5242
为3/2(21/14)g7114，为体心立方晶格，g12628g12228为β相g727电子浓g5242为21/13g7114，为复杂立方晶格，
g12228为γ相g727电子浓g5242为7/4(21/12)g7114，为密排六方晶格，g12228为ε相。此外，尺寸因素及电
g2282g4410因素g4557结构也有影响。g1375如c/a 为 21/14的电子g2282g2524g10301，g5415两组元的原子半径相近
g7114，形成密排六方结核的倾向较大g727g13792g5415原子半径相g5058较大g7114，形成体心立方结构的倾向较大。
电子g2282g2524g10301可以用g2282g4410g5347表示，但其成g2010可以在一g4462的范围内变g2282，因此可以把它g11487
g1328是以g2282g2524g10301为基的g3278溶体。由于g17837种相g1186g2282g4410g5859义上g7481说并g19762g2282g2524g10301，所以也有人g12228g1055
为电子相。电子g2282g2524g10301中原子g1055间多为金属键结g2524，故是所有g2282g2524g10301中金属g5627g7380强的。它的g10088g9869和g11840g5242都很高，脆g5627很大，但塑g5627很低，g994其他金属g2282g2524g10301一g7691，不适于g1328为g2524金金属学与热处理
·16·
·16·
的基体相。在有色金属g7460g7021中，电子g2282g2524g10301是重要的强g2282相。
3,间隙相和间隙化合物
间隙g2282g2524g10301g1039要g2475组元的原子尺寸因素控制，通常由g17819g9205g7075金属g994原子甚小的g19762金属元素H、N、C、B形成g2282g2524g10301，它g1216具有金属的g5627g17148、很高的g10088g9869和g7509高的g11840g5242。如FeC、
Cr
23
C
6
、Cr
7
C
3
、WC、Mo
2
C、VC等都是间隙g2282g2524g10301。g7693g6466g19762金属元素(以X表示)g994金属元素(以M表示)原子半径的g8616g1552，可g4570其g2010为两类：g5415r
X
/r
M
＜0.59g7114，g2282g2524g10301具有g8616较g12628g2345
的晶体结构，g12228为g12628g2345间隙g2282g2524g10301(g6122间隙相)g727g5415 r
X
/r
M
＞0.59 g7114，其结构很复杂，g12228为复杂间隙g2282g2524g10301(g6122间隙g2282g2524g10301)。由于 H、N的原子半径较小，所以g17819g9205g7075金属的g8694g2282g10301和g8706
g2282g10301都是间隙相。B 的原子g7380大，所以g17819g9205g7075金属的硼g2282g10301都是间隙g2282g2524g10301。C 的原子半径g8616H、N大，但g8616B小，所以一部g2010碳g2282g10301是间隙相，另一部g2010是间隙g2282g2524g10301。
1) 间隙相
间隙相具有g8616较g12628g2345的晶体结构，间隙相具有面心立方、体心立方、g12628g2345六方、密排六方g3247种晶格类型，多数为面心立方和密排六方结构，少数具有体心立方和g12628g2345六方结构。
金属原子g1313于晶格的正常g1313置上，g19762金属原子g2029g1313于该晶格的间隙g1313置，g1186g13792构成了一种新的晶体结构。间隙相的g2282g4410成g2010可以用g12628g2345的g2010子g5347表示，如M
4
X、M
2
X、MX、MX
2
。
但是它g1216的成g2010可以在一g4462的范围内变动，g17837是由于间隙相的晶格中的间隙g7422被填g9397，即
g7588g1135g7424g5224为g19762金属原子占g6466的g1313置g1998g10628空g1313，相g5415于以间隙相为基的g3278溶体，g17837种以g13582g1313
方g5347形成的g3278溶体g12228为g13582g1313g3278溶体。
在面心立方结构中，八面体间隙数g994金属原子数相同，g3247面体间隙数是金属原子数的
2 倍。所以g5415g19762金属原子填g9397所有八面体间隙g6122占g6466一半的g3247面体间隙g1313置g7114，形成 MX
间隙相。它g1216的晶体结构g2010g2047具有 NaCl 型和 ZnS 型。g5415g19762金属原子完全填g9397g3247面体间隙
g7114，g2029形成MX
2
间隙相。它具有CaF
3
型结构。g19762金属原子也可能是成g4557g3332填g1849八面体间隙，此g7114，M
:
X=1
:
2，g1185g12538g2524MX
2
g2282g4410g2010子g5347。在g17837种g5785g1929下，金属原子g9869g19465g4570产生不
g4557g12228畸变。晶胞由立方变成g3247方，故g5483到变形的NaCl结构。间隙相M
2
X中金属原子通常
g6365密排六方结构排列，但也有形成面心立方的。g19762金属原子填g1849密排六方g9869g19465中的八面体间隙。
间隙相不但可以溶解组元元素，g13792g1000可以溶解其他间隙相，有g1135具有相同结构的间隙相甚g14279可以形成无g19492g3278溶体，如 TiC-ZrC、TiC-VC、TiC-NbC、TiC-TaC、ZrC-NbC、
VC-TaC、VC-NbC、VC-TaC等。
g5224g5415g6363g1998，间隙相g994间隙g3278溶体g1055间有着g7424g17148的g2318g2047，间隙相是一种g2282g2524g10301，它具有
g994其组元完全不同的晶体结构，g13792间隙g3278溶体g2029g1185g1457g6357着溶g2070组元的晶格类型。
间隙相具有g7509高的g10088g9869和g11840g5242，但很脆。许多间隙相具有g7138显的金属特g5627，如金属的光泽、较高的导电g5627、正的电阻温g5242g13007数等。g17837g1135特g5627表g7138，间隙相的结g2524g7094具有共价键
g5627g17148，g2460g5114有金属键g5627g17148。
间隙相的高g11840g5242在一g1135g2524金工具钢和g11840g17148g2524金中g5483到了g5224用。间隙相g1328为其显g5506组g13467
中的第二相，不g1177具有强g2282效果g13792g1000可以g1457证工具的耐磨g5627要g8726。生产中，通g17819制备的间第1章 金属的结构与性能
·17·
·17·
隙相粉末及其g994黏结g2070g9163g2524g2164压g9915结，获g2474g11840g17148g2524金g6122具有特g8542g5627能的粉末冶金制品。另外，利用沉g12227、溅g4568等g9046g4630方g8873，使工具和g19658件表面形成含有间隙相的g15192g4630，可显著增g2164
钢的表面g11840g5242和耐磨g5627，g5322长g19658件的使用g4563g2641。
2) 间隙g2282g2524g10301
间隙g2282g2524g10301一g14336具有复杂的晶体结构，Cr、Mn、Fe的碳g2282g10301g3355属此类。间隙g2282g2524g10301的类型很多，g2524金钢中常g17947到的间隙g2282g2524g10301有M
3
C型(如Fe
3
C、Mn
3
C)、M
7
C
3
型(如Cr
7
C
3
)、
M
23
C
6
型(如Cr
23
C
6
)、M
6
C型(如Fe
3
W
3
C、Fe
4
W
2
C)等，在g17837g1135碳g2282g10301中，基体金属原子M
可表示一种金属元素，也可以表示有g1972种金属元素g3278溶在内。g5347中Fe
3
C是钢铁g7460g7021中一种基g7424组成相，g12228为g9195碳体，其中 Fe 原子可被 Mn、Cr、Mo、W 等原子所置换，形成以间隙g2282g2524g10301为基的g3278溶体，如(Fe、Mn)
3
C、(Fe、Cr)
3
C 等，g13792g5415g2524金中含有g7588g1135原子半径较小的g19762金属元素g7114，也可处于 C 原子的g1313置上，如 Fe
3
(C、N)等，g17837种以g9195碳体为基的金属间g2282g2524g10301g12228为g2524金g9195碳体。g9195碳体的g11840g5242为950HV~1050HV。
M
23
C
6
多是以g19136为g1039的碳g2282g10301 Cr
23
C
6
形g5347g4396在，常g4396在于高g2524金工具钢、不g19164钢以及铁基、g19233基高温g2524金中，此g7114，部g2010Cr可被Fe、Mo、W等原子所置换，如(Cr、Fe)
23
C
6
、
Cr
21
Mo
2
C
6
g6122(Cr、Mo、W)
23
C
6
等。Cr
23
C
6
的g10088g9869较低，g994 Fe 的g10088g9869在同一数g18339g13435，g11840g5242
约为1050HV。
M
6
C也是一种常见的碳g2282g10301类型，通常为多元，即由两种以上的金属元素M′、M′′g994
C组g2524g13792成。g1375如M′为Fe、Co、Ni等元素，M′′为Mo、W等元素。M
6
C的成g2010一g14336为
4 2 6
MMC′′′g6122
3 3 6
MMC′′′，是高速工具钢中的重要组成相，在一g1135含W和Mo的耐热钢g6122高温
g2524金中也会g1998g10628，具有较高的g11840g5242，约为1000HV。
3) g6311g6181密g3546相
在g2345元素组成的晶体中，由等径g2030g10711模型g3546g12227所能g5483到的g7380密集结构就是面心立方和密排六方结构，致密g5242 0.74 及配g1313数 12 g5062是g7380大g1552了，结构中g4396在着较大的八面体间隙和较小的g3247面体间隙。g5415组成g2524金的g5334类原子尺寸不同g7114，g18331用大、小两种g2030g10711的适g5415配
g2524，可g5483到g1039要为g3247面体间隙g13792八面体间隙很少g6122g8821有的复杂相结构，即g6365g6311g6181g4410的配g2524
g16280律形成空间利用g10587很高和配g1313数超g1781912(如12、14、15、16等)的一类g2282g2524g10301，由于其结构具有g6311g6181g4410特g9869g13792被g12228g1055为g6311g6181密g3546(Topologically Close-Packed)相，g12628g12228TCP相，以g2318
g2047于通常的g1972何密g3546相。它的空间利用g10587和原子配g1313数g8616由g13443金属原子构成的面心立方和密排六方构的g1972何密g3546结构还要高。TCP相的类型很多，常见的有拉g8675(Laves)相，σ相、μ
相以及χ相、P相、R相、M相等。
TCP 相结构的共同特征是半径较小的原子构成密排g4630，半径较大的原子g4896g19274于g17837g1135密排g4630g1055间，以达到高g5242密g3546。
1.3 金属材料的性能
金属g7460g7021具有许多g14403g3921的g5627能，因此被g5203g8879g3332g5224用于制g17908g2520种构件、机g7812g19658件、工具和g7097常生g8975用具。金属g7460g7021的g5627能包含工g14414g5627能和使用g5627能两方面。工g14414g5627能是g6363制g17908工金属学与热处理
·18·
·18·
g14414g17819程中g7460g7021适g5224g2164工的g5627能(如g19148g17908g5627能、可g19215g5627能、g9950g6521g5627能及切g2078g2164工g5627能等)g727使用g5627能是g6363金属g7460g7021在使用g7477件下所表g10628g1998g7481的g5627能，它决g4462了g7460g7021的g5224用范围、g4445全可靠g5627及使用g4563g2641，包g6336力g4410g5627能、g10301g10714和g2282g4410g5627能。
1.3.1 金属材料的力学性能
金属g7460g7021的力g4410g5627能是g6363g7460g7021在外力g1328用g7114g6281g6251变形和g11784g3363的能力，表g10628为g2030g5627(g2030
g5242)、弹g5627、强g5242和塑g5627等。它是设计人g2604g994工g14414人g2604g7380为g1863心的一个重要g19394g20076，是设计和制g17908g19658件g7380重要的g6363g7643，也是g16792g4462g7460g7021g17148g18339和热处g10714工g14414的重要参数。g20330g1820，g6496g6581g7460g7021的力g4410g5627能是设计g19658件、g17885用g7460g7021g7114的重要g1393g6466，g7693g6466力g4410g5627能的状g1929才能决g4462该g7460g7021能g2554
g9397g17287g19658件的要g8726。其次，g7460g7021的力g4410g5627能g6363g7643也是控制g7460g7021g17148g18339的重要参数。每种金属g7460
g7021，除了g4557其g2282g4410成g2010范围g1328了g16280g4462g1055外，还g4557它的力g4410g5627能(一g4462尺寸的g16809g7691，在一g4462的
g2164工及热处g10714状态下的g5627能)g6363g7643g1328了较g16826g13466的g16280g4462。只有达到所g16280g4462的g5627能g6363g7643的g7460g7021才算是g2524格的，才能g1328为制g17908g2520类g19658件的原g7460g7021。
机g7812g19658件都在一g4462的工g1328g7477件下服g5453，不g1177尺寸和形状g2327g5058g987g2047，g13792g1000g2475力状g1929和工
g1328环境也g2520g5347g2520g7691。要g6226到一个能g9397g17287g2520不相同的工g1328g7477件的力g4410g5627能g6363g7643是不可能的，
也是不g10628实的。工g1328g7477件通常是g6363它g1216在工g1328g7114g2475到力、g1183g17148及温g5242等的g1328用。g4557所有的
g19658件g7481说，g5647是g2475到外力(g17745g14667)的g1328用，g7693g6466g1328用g17745g14667的g5627g17148可g2010为g19757g17745g14667、g1926击g17745g14667、
动g17745g14667和g6717g6842力等。此外，有g1135g19658件和制品除g2475力g1328用外，还在一g4462的g14116g15444g5627g1183g17148及温g5242
等特g8542环境下工g1328，如g2282工机g7812、g8712力机g7812、g8785g17730机g2506g10267、g8785g17730机g17728子和g19161g9821等。所以，
只能g7693g6466g17745g14667的g5627g17148(g19757g17745、动g17745、g1144变g17745g14667)、所g6521g16314的外g11040环境(温g5242的高低、g1183g17148的g5627
g17148)等g4557g7460g7021在特g4462的g7477件下进g15904g16809验，g2474g5483一g4462的g5627能g6363g7643，以其g1328为g7828g4462g7460g7021g17148g18339及设计g19658件g7114g17885用g7460g7021的g1393g6466。在测g4462g7460g7021力g4410g5627能g6363g7643中g7380g12628g1427g7380通用的方g8873是用光g9381g16809g7691
在g2345轴拉伸g16809验中测g4462的(如g4636服g7509g19492、强g5242g7509g19492等g17837g1135常用g6363g7643)g727g7368g12628g1427的g13792不g5529g11784g3363
g7691品的g16809验g8873是g11840g5242g16809验g8873。所测g5483的g11840g5242g1552同拉伸g16809验g7114所g8726的强g5242g1552有一g4462的g4557g5224g1863
g13007g727g13792g1000g4557脆g5627g7460g7021g7481g16774，g11840g5242g8873能测g5483拉伸g16809验无g8873测g5483的数g6466。
为了测g4462g7460g7021在动态g17745g14667下以及在低温g5242下的特g5627，g18331用了g1926击韧g5627g16809验g8873，以测g4462
金属断g16022g7114所需g1055功，g1186g13792g2040断g7460g7021在使用中的g4445全可靠程g5242。近g5192g7481，g2469展g17227g7481的断g16022
力g4410，g4570g7460g7021的断g16022g17819程g994g16022g13453扩展g7114所需g1055功g13864g13007g17227g7481，g16280g4462了g7460g7021的g256断g16022韧g5627g1552g257，
它g4557g12946g11842g3332g1284价g7460g7021使用g4563g2641和设计可靠g17828g17728的机件具有g6363导g5859义。
在g1144变g17745g14667下工g1328的g19658件，需要g7460g7021有高的g11142g2183g7509g19492g727在高温下g2475力的g19658件需要g7460g7021
有高的g15849变g6251力。g4557于g17837g1135g5627能，一方面要g1186g7460g7021的成g2010及组g13467上g4625g18339g1116以g1457证g727另一方面也要通g17819设计g2524g10714的g16809验方g8873g4625可能g3332使g16809验所测g5483的g5627能能够g7368g3921g3332g12538g2524g19658件的实际工g1328状g1929。
1,弹性、塑性及强度
金属变形的三个g19466g8585：金属在外力g1328用下的g15904为可由低碳钢的拉伸g7366g13459全面g3332显示g1998
g7481，可g2010为弹g5627变形(elastic deformation)、塑g5627变形(plastic deformation)和断g16022(fracture)三个
g19466g8585。图 1.16 为低碳钢的g5224力-g5224变g7366g13459，由图可以g11487g1998，金属在外力g1328用下g4570会产生变第1章 金属的结构与性能
·19·
·19·
形，g5415外g2164g5224力小于弹g5627g7509g19492
e
σ g7114，金属只产生弹g5627变形，g5415g5224力大于弹g5627g7509g19492
e
σ g13792低于
g6251拉强g5242g7509g19492
b
σ g7114，金属除了产生弹g5627变形外，还产生塑g5627变形，g5415g5224力超g17819g6251拉强g5242g7509
g19492
b
σ g7114，金属产生断g16022。弹g5627变形、塑g5627变形的g2318g2047在于，g5415外力去除g2530，g2081者能g5686复到原g7481的形状和尺寸，g13792g2530者只能g5686复弹g5627变形，g7380g13468g11053下g8716g1049变形。
图1.16 退火低碳钢拉伸时的应力-应变曲线
下面g16764论一下在金属g7460g7021中常见的如图1.16所示的g5224力-g5224变g7366g13459。
1) g5224力g994g5224变(stress and strain)
在工程上常用的是g2529义g5224力(nominal stress)和g2529义g5224变(nominal strain)，其g4462义可表示如下,
o
P
A
σ ==
名载荷试样原始截面积
(1-3)
f o
o
ll
l
ε
==
名长度的变化试样原始长度
(1-4)
g5347中
f
l g252g252g7380g13468的g7643g17329长g5242g727
o
l g252g252原始的g7643g17329长g5242。
在拉伸g7114的g11507g5224力σ
真
(true stress)及g11507g5224变ε
真
(true strain)的g1552如下,
i
P
A
σ ==
真载荷试样瞬时的截面积
(1-5)
ff
oo
f
o
d
dln()
ll
ll
l
l
l l
εε== =
∫∫
真
(1-6)
2) 弹性极限和弹性模量(elastic limit and modulus of elasticity)
由图 1.16 拉伸试验的应力-应变曲线可知，图中 e 点以下的直线线段代表材料的弹性变形阶段。在此范围内，应力与应变之间呈现如下关系,
Eσε= (1-7)
P
A
σ =
l
l
ε
Δ
=
式中，E——弹性模量(通常称为杨氏模量或正弹性模量，它反映了金属材料抵抗弹性形变的能力)。
金属学与热处理
·20·
·20·
金属材料的弹性模量是随温度的升高而降低的。这是因为温度升高时，原子间的距离增大，原子之间的作用力减弱，因而E值下降了。
式(1-7)称为胡克定律，说明材料处于弹性状态下时，其应力同应变之间成正比。
相似的关系，在单向切变的简单条件下也成立，即
Cτ γ′= (1-8)
式中，τ ——切应力；
γ ——切应变；
C′——切变弹性模量。
当采用工程应力与应变时，类似式(1-7)和(1-8)的关系仍然成立，仅弹性模量g12257g7389变g2282。
g1076g5827g990g2010g2047用E和Gg7481表g12046，E与G的关系为
2(1 )
E
G
ν
=
+
(1-9)
式中，ν——g8862g7506比，表g12046g13449向形变与g8190向形变间之比值关系。
弹性极限(
e
σ )：g1186原g10714g990g16774，
e
σ 值应是g2380g19512g17139g17745g2530应变值g5686g3809为g19658时的g7380大应力值。
g1306弹性极限值是由g8991量而g5483g1998的，g6937其高低g19668g16282g8991量g12946度而定。通常采g2474g8543g11053应变为
0.005%~0.03%时的应力值为弹性极限。
弹性能(resiliency)：是g15925量材料在弹性g17139g17745条件下g6164能g2572g6922的能量的大g4579，这g980能量在
g17745g14667g2380g19512时可g4448g1852g6930g1998而g9052g3845。它随应力或应变而变g2282，在g990g17860单向拉伸的简单g5785g1929下，
g5468g4493g7143g16757g12651g1998g7481。
g16786试g7691g19283度为L，g8190g6142g19766g12227为A，g2475力Pg2530，伸g19283量为dL，g2029形变g2163dWg729PdL，这时的应力σg729P/A，应变为dεg729dL/L，试g7691g1319g12227 Vg729Ag103L，g13475g17819g6454g12651可g5483 dWg729σ VdL/L，g16786
试g7691g1319g12227g17829于g5670定值，g6164以，由此g4613可g8726g1998单g1313g1319g12227的能量
0
d
() d
W
V
ε
σε=
∫∫
它正g3921g12573于图1.16中应力-应变曲线下g17805的g19766g12227。g6164以g13479g2524式(1-7)g1427g5483g2052
2
11
22
W
E
V
σε ε== (1-10)
g14521应用工程应力g451应变，g2029式(1-10)可g1901为
2
2
11
22
W
E
V E
σ
ε== (1-1)
相似的关系在切变条件下为
2
1
2
W
G
V
γ= (1-12)
可g16277，单g1313g1319g12227的弹性应变能g5647是g12573于弹性模量与弹性应变g5191g7053的g1068g12227之g2334。
如g7536在g7438g7812g16786g16757中g19668g16213材料在弹性范围内g4557能量g7389g5468大的g2572g6922能力(g1375如弹g12795g12573)，g2029
g7380g2524g17878的材料应g16825g1867g7389极高的弹性极限和低的弹性模量。
3) g4636g7393极限(yield strength)
g4636g7393极限g1047是g5332g3999g1998现g993可g17882g3621性变形时的应力。由于g3621性变形g5332g3999时的应力值同g8991
量时g6164g1363用的g1214g3132的g12946度g7389关，当应变g1214的g12946度g17246高时，g2029g6164g8991g5483的
s
σ 值g17246低。为了g11842定
g980g1022g7094g7143于g8991量而g2460g2524g10714的g7643g1946，g16280定在g2529g1053应力-应变曲线g990g1147g10995 0.2%g8543g11053应变量时的第1章 金属的结构与性能
·21·
·21·
应力值定为g16825材料的g4636g7393极限，g16772作
0.2
σ 。
g4636g7393极限的高低代表材料g4557g4579量g3621性变形的抗力，它表明在此应力下g7389较大量的g1313错在晶g1319内g5332g3999运动并增殖。当应力值超g17819g4636g7393极限之g2530，由于g1313错密度的增加g1147g10995了加工硬g2282现象，致g1363进g980步g3621性变形时g6164g19668的流变应力将g993断增加。
4) 强度极限(ultimate tensile strength)
当应力值超g17819g4636g7393极限时，试g7691沿整g1022g7643距的g19283度均匀地增加，即应变量g993斯增加，
同时由于加工硬g2282现象g1363之继续发g10995流变的应力值也继续g990升。当应力值达g2052图1.16中的
b 点处时，即外部g17745g14667达g2052g7380高值时，在试g7691的g7643距尺寸范围内g5332g3999g1998现“细颈”，即试
g7691的g3621性伸g19283g993再均匀地进行而是局部地集中在缩颈地带。这时的g7380大g2529g1053应力值即
max
b
o
P
A
σ= 称为材料的强度极限。抗拉强度的物g10714意g1053是表征材料g4557g7380大均匀变形的抗力，
表征材料在拉伸条件下g6164能承g2475的g7380大g17745g14667的应力值。它也是g16786g16757和选材的主g16213依据之g980。
当应力值达g2052强度极限值之g2530，g2529g1053应力值虽然下降，g1306试g7691的g3621性变形g17819程仍g993断进行。g993g17819，它主g16213集中在缩颈区，然g2530在 k 点处断裂。g1186拉伸试g7691曲线还可看g1998，试g7691
的断裂g17745g14667并g993是 P
b
，而是 P
k
，称它为断裂g17745g14667。如g7536用拉断时试g7691的g6142g19766g12227 A
k
g19512断裂
g17745g14667P
k
，g2029称此应力为断裂强度，用
k
σ 表g12046，可用式(1-13)g8726g1998,
k
k
k
P
A
σ = (1-13)
断裂强度表征材料g4557断裂的抗力。g1306是g4557g3621性材料g7481说，它在工程g990意g1053g993大，因为
g1147g10995缩颈g2530，试g7691g6164g17139担的外力g993g1306g993增加，反而减少。
5) 断g2530伸g19283率(elongation after fracture)与断g19766g6922缩率(reduction of area after fracture)
断g2530伸g19283率δ 和断g19766g6922缩率ψ,g2010g2047定g1053为
ko
o
100%
LL
L
δ
=× (1-14)
ok
o
100%
FF
F
ψ
=× (1-15)
式中，
o
F ——试g7691的原g3999g6142g19766g12227；
o
L ——试g7691的原g3999g19283度；
k
L ——断裂时试g7691的g7643距g19283度；
k
F ——试g7691断裂处的g8190g6142g19766g12227。
6) 真应力-真应变曲线(true stress-strain curve)
真应力-真应变曲线的特点是应力随着应变量的增加而升高，这说明材料在变形g17819程中的加工硬g2282现象，它能更正g11842地反映g1998材料的物g10714本质。曲线(在g4636g7393点以g990)的陡度反映了g16825材料的加工硬g2282程度的强弱。g6937这g980曲线可以用式(1-16)表g12046,
n
kσε= (1-16)
式中，k——强g2282系数；
n——应变硬g2282指数，它们都随材料的g993同而变g2282。g1306当试g7691g1147g10995缩颈g2530，应力与应变差g993多g2460变成了g17829似直线关系。
应变硬g2282系数(strain hardening coefficient)n的大g4579，反映了材料抵抗进g980步发g10995g3621性变金属学与热处理
·22·
·22·
形的能力。在极限g5785g1929下，当 ng729l 时，是说明材料处于g10714想弹性状态；当 ng7290 时，表g12046
材料处于g10714想g3621性状态。g980般的材料其n值均介于0与1之间。
n值高，g4613表明在同g7691的应变值下(加工变形量)，材料的强度升高g5483更快。在纯金属中，
g19766心立g7053晶格金属比g1319心立g7053晶格金属的应变硬g2282率高；而g2524金的应变硬g2282率g2029g2460比纯金属为高。这同这些金属中的g1313错的性质及g1313错增殖的g5785g1929g12573g7389关。
2,硬度(hardness)
g6164谓硬度g1047是材料g4557g980更硬物g1319压入其内时g6164表现的抵抗力。常采用压痕的深度，或压痕单g1313表g19766g12227g6164承g2475的g17745g14667值作为硬度值高低的指g7643。常用的硬度检查g7053法g7389布氏硬度法g451洛氏硬度法g451维氏硬度法g12573。硬度试验较之拉伸试验g7389g980g1022g5468大的优点，g4613是g993必破坏g7691品(尤其像压痕g5468g4579的维氏硬度试验)，而且g4557试g7691的g16213g8726g993像拉伸试g7691那么严格；其次，同拉伸试验另g980g1022g993同点是，硬度试验是在压应力下进行的，这种应力状态g4557于材料的g3621性变形更为g7389利。因此，g4557于脆性较大的材料，如淬硬的钢材g451硬质g2524金g12573，只能通
g17819硬度g8991量g4557其性能进行评价，而其他试验g7053法(如拉伸g451弯曲g12573)g2029无能为力。再者，g4557
于g3621性材料(大部g2010金属材料)，在其硬度值与强度极限g451g4636g7393极限之间都存在着g980定的内在关系，g6937可以通g17819简g1427的硬度g8991量而g4557其他强度性能指g7643作g1998g2334定量的估g16757，这在g10995g1147
实际中是非常g7389用的。
布氏硬度(brinell hardness)法：它是g7380古老g7380常用的试验g7053法，如图1.17(a)g6164g12046。在力
P的作用下，把直径为D的钢球压入g15999g8991物g1319中，布氏硬度值是g17745g14667Pg19512以压痕的球形g19766
g12227(直径为d)，用HB表g12046。
洛氏硬度(rockwell C hardness)法：如图1.17(b)g6164g12046。它g1363用的压g3848是金g2030g11719g3290g19193g1319，
g7389时是g4579钢球。洛氏硬度值是压入深度(h)的g1510数。洛氏硬度常用g7389g989g1022g7643尺。试验用压
g3848为金g2030g11719g3290g19193g1319，g17745g14667Pg7291500N时，g5483g2052硬度用HRC表g12046。用金g2030g11719g3290g19193g1319，g17745g14667
Pg729600N时，g5483g2052硬度用HRA表g12046。用钢球g1582压g3848，g17745g14667 Pg7291000N时，g5483g2052硬度用HRB
表g12046。
(a)布氏硬度 (b)洛氏硬度 (c)维氏硬度
图1.17 硬度试验示意图
维氏硬度(vickers hardness)法：如图 1.17(c)g6164g12046，它的压g3848是金g2030g11719g3247g7877g19193g1319，g8991量g1998
压痕的g4557g16294线(d)g2530，查表或g12651g1998g7053g19193压痕表g19766g12227g19512g17745g14667P的值即为硬度，并用HV表g12046。
由于在压g2372g3848下g7053，材料发g10995的是g3621性变形，因此在材料的硬度与强度之间存在着g980
定的g13864系。g4557于g10714想g3621性材料(即无加工硬g2282)材料g7481g16774，大g1319g990g7389下g2027关系存在,
第1章 金属的结构与性能
·23·
·23·
s
HV 2.9σ≈ (1-17)
在强度极限与HV之间存在如下大致关系。
2
b
(kg /mm ) 0.346HVσ ≈ (1-18)
3,冲击韧性(impact toughness)
g1926g1999g4613是以g5468大的g17907度将g17139g14667(g1926g1999g17139g14667)作用g2052g7438g3132g19658件g990g2447的g980种加g17745g7053式，在g7438
g7812g16786g16757中必g20047g13783g15397g1926g1999g19394g20076，g4625可能地g1363它们g993g2475g1926g1999g17139g14667的作用。当然，g10995g1147g990g7389时g16213
利用g1926g1999g17139g14667g7481实现g19757g17139g14667g19602以实现的g6940g7536，如g1926g5214g451g19215g19192g451g2003g4733g7438g451g19098g19037g7550g12573都是利用
g1926g1999g17139g14667进行工作的。材料的g19899性同其g4636g7393应力和g3621性g7389g980定的关系。而材料的g4636g7393应力与g3621性值g2029g2460同应力状态g451加g17745g17907度g451温度因g13044g12573g7389密切的关系。因此，通g17819g4557g19899性的g8991
定g993仅能g9801g6947地反映g1998g13464g13467的特征，而且还能反映g1998变形g17907度及温度g4557g19899性的g5445g2721。
g1926g1999g17139g14667和g19757g17139g14667的主g16213差g2047在于g17139g14667g17907度g993同。g17139g14667g17907度指单g1313时间内单g1313g19766g12227下
g17745g14667增加的数值，其单g1313为
2
M/msN? ( MPa /S )。由于g17139g14667g17907度增加，形变g17907度也随之增加。形变g17907度指单g1313时间的变形量，g7389g1016种表g12046g7053法,
g311 变形g17907度
d
d
l
v
t
=,l是试g7691g19283度，t是时间，单g1313为m/s；
g312 应变g17907度
d
dt
ε
ε =,ε为试g7691的真应变，单g1313是 s
-1
。由于
d
d
l
l
ε =,g6937g1016种变形g17907度的关系为
v
l
ε = 。
g980般都将试g7691g2058成带g13582g2487的形式，图 1.18 为g3811比g1926g1999试g7691(charpy specimen)，以增加
g19899性材料的脆断g1554向，因为g13582g2487部g2010的材料在g2475g1926g1999力的作用而变形时，处于g989g17736拉应力状态，更g993g7143于发g10995g3621性变形之g6937。
将试g7691g13634于图1.19g6682g19192g1926g1999试验g7438的试g7691g2500g990。g13582g2487g13984向g6682g19192g2007，然g2530g6208g17227g6682g19192，g1186
g980定的高度(h
1
)g14865下，将试g7691g1999断之g2530，g6682g19192g2460升g14279 h
2
的高度。g2029g1926断试g7691g6164g9052g13803之g1926g1999
g2572g6922g2163为
k
()A WH h=?。这可由g1926g1999试验g7438的g2063度g11436指g12046g1998g7481。而g1926g1999g19899性值“
k
α,g4613
是g13582g2487处单g1313g19766g12227g990g6164g9052g13803的g1926g1999g2572g6922g2163，其值为
k
k
A
F
α = (1-19)
式中
k
A ——试g7691g1999断时g6164g9052g13803之g1926g1999g2163(J)；
F——g13582g2487处的g6142g19766g12227(m
2
)。
图1.18 夏比冲击试样(10mm×10mm×50mm),
45V形槽深2mm，根部半径0.25mm
图1.19 冲击试验机原理图
金属学与热处理
·24·
·24·
g10995g1147g990g1076g5827地把
k
α 看成是材料g19899脆程度的度量及材料承g2475g1926g1999g17139g14667抗力的指g7643。其实，
k
α 本g17535并g8821g7389明g11842的物g10714意g1053，以
k
α 值的大g4579作为材料g19899脆程度的度量是g993g11842切的。
g6164谓脆性断裂是指g20600然发g10995g1268g6785g5468快的断裂，断裂g2081(裂g13453g1147g10995)及g1288随着断裂g17819程(裂
g13453g6205g4649)都g13582g1059明g7186的g3621性形变。可g16277只g7389与裂g13453g1147g10995g17819程的g3621性形变相g13864系的能量(g3621性
g2163)以及与裂g13453g6205g4649g17819程的g3621性形变相g13864系的能量(裂g13453g6205g4649g2163)g6177是材料g19899脆程度的度量。
g1926g1999g19899性试验还g13475常用于g8991定材料的g19899脆g17728变温度。g19899脆g17728变温度是材料在用g13582g2487试
g7691进行g1926g1999试验时，其断g2487形态(由g19899性断g2487g17728变为脆性断g2487)以及断裂时g6164g19668之能量发g10995
明g7186变g2282的温度。这g980温度值的高低g4557于评价钢的脆性g1554向(尤其低温脆性)非常g18337g16213。g980
般低强度的以g19093g13044g1319为g3534的钢，其g19899性随温度的降低在g7588g980温度g19480g17829g7389g12373变，因而g19899脆g17728
变温度比较明g7186。而g4557于高强度钢及g19766心立g7053晶格的金属(如g19121)g12573，g2029曲线随温度的变g2282
g5468g5191g13543，看g993g1998明g7186的g17728变温度。这时g5460g5460g1166为地g16280定g980定的能量值作为g19899脆之间的g11040限，
而与此数值相g4557应的温度g4613g16760为是g16825g20045材料的g19899脆g17728变温度。
4,断裂韧性(fracture toughness)
材料的断裂是由于裂g13453在应力作用下g3845g12295而g6205g4649的g13479g7536，因此，材料的实际断裂应力应与原g3999的裂g13453g19283度g7389关，并与材料抵抗裂g13453g17817g17907g6205g4649的能力g7389关。
g4557于g980g1022内部g8821g7389g4451g16278裂g13453的均匀试g7691，在拉伸时，应力g2010布是均匀的，如图1.20(a)
g6164g12046。即试g7691中g8611g980点的应力都g12573于外力g19512以试g7691g6142g19766g12227 F。也可以用应力线的g8022g5577g7481g6563
g17860应力。g16280定g8611g980点的应力值g12573于g12371g17819g16825点单g1313g19766g12227应力线的条数。g7588g980点的应力线密集，
g2029g16825点的力g4613大，g4557于无裂g13453试g7691，由于g8611g980点应力相同，应力线g2010布是均匀的。
如g7536试g7691中g7389g192832a的g4451g16278裂g13453，g2475同g7691的g17745g14667P，这时试g7691中g2520点的应力g4613g993再是均匀的了。这是因为裂g13453的内表g19766是g12366g14120，g993g2475应力作用，g8821g7389应力g4613g8821g7389应力线。g1306应力线的特点是g993能中断在试g7691的内部，g6937应力线g4613g15999g17855g13481g17819裂g13453g4586g12483，g990下相g17842，如图1.20(b)
g6164g12046。这g7691，g19283为2a的裂g13453g990的应力线g4613g1852部g15999g6502g6392在裂g13453g4586g12483，g2029裂g13453g4586g12483应力线密度增大，即裂g13453g4586g12483的应力比g5191均应力g16213大。而g17840离裂g13453g4586g12483，g2029应力线g17892g9188g17247于均匀，g12573
于g5191均应力。也g4613是说，在裂g13453g4586g12483g19480g17829，其应力g17840大于无裂g13453时的g5191均应力，即存在应力集中。在外加的应力(断裂应力)g10990g14279低于材料的g4636g7393应力时，g2559裂g13453试g7691裂g13453g4586g12483区的应力集中g4613可能g1363g4586g12483g19480g17829的应力达g2052材料的断裂强度，g1186而g1363裂g13453快g17907g6205g4649而脆断。g980
般g2559裂g13453试g7691的实际断裂应力明g7186低于无裂g13453试g7691，g10990g14279低于材料的g4636g7393强度。
(a)无裂纹试样 (b)有裂纹试样
图1.20 无裂纹和含裂纹试样的应力线
第1章 金属的结构与性能
·25·
·25·
由于整g1022裂g13453g19283度2ag990的应力线都g15999g6502g6392在裂g13453g4586g12483，g6937如g7536裂g13453g17246g19283，g4613g7389更多的应力线g15999g6502g6392在裂g13453g4586g12483，应力集中g4613更大，试g7691g4613可以在更低的外加应力下断裂，即断裂应力更低。g4557g993g2559裂g13453的脆性材料试g7691，当外加应力大于抗拉强度时，试g7691g4613g1262发g10995断裂。材料的抗拉强度g17246高，无裂g13453试g7691g4613g17246g993g4493g7143断裂。g4557g2559g7389g4451g16278裂g13453的g7512件g7481说，其裂g13453g17246g19283(a g17246大)，g2029裂g13453g2081g12483应力集中g4613g17246大，裂g13453g3845g12295g6205g4649的应力(断裂应力)g4613g17246g4579。
此外，断裂应力还和裂g13453的形状g451加g17745g7053式g7389关。
5,疲劳强度(fatigue strength )
g6164谓g11142g2183是指g19658件在g17840离g16825材料g4636g7393极限为低的g1144变应力较g19283时间作用下，在g8821g7389明
g7186的g3621性变形征g1818下g6164发g10995的g980种破坏形式。g11142g2183断g2487的g4451g16278特征通常呈现为g1016g1022断裂区：
即g5191g9381区和g12907g12902状区。由于g11142g2183破坏的g12373然性，无g16782是脆性材料还是g19899性材料，在破坏g2081
都g993g1998现明g7186的材料的“g11142g2183极限”。g5445g2721材料的g11142g2183应力的因g13044是非常多的，g19512了材料本g17535的材质外，g19658件的尺寸和形状g451g19658件表g19766的g12907糙度g451g19658件表层中的内应力的性质和g2010
布状态g451g19658件g6164处的环境g451介质以及g1144变应力的幅度g451性质及频率g12573都g4557g11142g2183应力g7389g5445g2721。
材料的g11142g2183g19394g20076是目g2081研究材料力学性能g7053g19766的g980g1022极为g18337g16213的领域。
g11142g2183应力的大g4579及g7053向均随时间而变g2282，而且其变g2282也常常是g5468g993g16280g2029的，在进行g11142
g2183试验时，g5460g5460g1363g11142g2183应力作g16280g2029性变g2282，因此，在此只涉及g16280g2029性的循环应力。图1.21是几种常g16277的循环应力。g6164g7389应力值均采用代数值，正号代表拉应力，g17139号为压应力。图1.21
中
max
σ 表g12046g7380大应力；
min
σ 表g12046g7380g4579应力；
max min
a
2
σσ
σ
= 表g12046应力幅值；
max min
m
2
σσ
σ
+
=
表g12046g5191均应力；
min
max
R
σ
σ
= 表g12046应力比。
g311
m
0,1Rσ ==?，为拉压g4557称；
g312
ma min
,0,0Rσσ σ== =，为周期拉伸循环；
③
min
0,0Rσ >>，为周期拉伸循环；
④
min
0,0Rσ <<，为g993g4557称拉压循环。
当应力比Rg980定时，材料g6164g2475的应力幅值
a
σ g17246大，导致破坏的循环周数g4613g17246g4579。试验材料的抗g11142g2183能力试验时，按g16280定的形状加工试g7691，然g2530在R固定g5785g1929下施以g2520种g993同应力幅值的g1144变应力，g8991定其破断g6164g19668的循环数。以应力幅值
a
σ 为g13449坐g7643，以破断循环数N
为g8190坐g7643，即可画g1998S-N曲线(g16277图1.22)。因为N通常都g5468大，g6164以g8190坐g7643都采g2474g4557数坐
g7643。g11142g2183寿命g4557g2520种因g13044g5468g6947感，g6164以N的数据g5468g2010散。S-N曲线g990是g14521干数量的试g7691数据的g5191均值，g4613是说，g738950%的试g7691能达g2052或超g17819曲线g990g6164指明的寿命，g738950%达g993g2052此寿命。
S-N 曲线g7389g1016种典型。碳钢和g980些g7389色g2524金(Ti g2524金和g980些 Al-Mg g2524金)的 S-N 曲线在高
a
σ 和低寿命N的部g2010是g980条g1554斜的直线；而在低
a
σ 和高寿命N的部g2010g2029是g980条水g5191
线，这表明当g6164施的应力幅
a
σ 足够低时，材料可以g13475历无限循环而g993发g10995破断。实际g990此水g5191线的应力幅是代表材料抵抗无限应力循环破坏程度达 50%的g7380大应力，这g1022应力称为材料的g11142g2183极限
1
σ
。钢的 S-N 曲线的拐点寿命约在 10
6
周～10
7
周之间。另外，许多金属以及在介质腐蚀或高温试验条件下的钢，S-N曲线无明g7186的拐点，而只g7389单调下降的g17247势。
金属学与热处理
·26·
·26·
这时以g16280定的g11142g2183寿命(g980般材料为10
7
周，g7389色金属为10
8
周)的断裂应力幅值为g11142g2183强度
(
N
σ )。通常用弯曲g11142g2183试验g7438g8991定g11142g2183循环数及应力，试g7691中g19512中心g17736线以外，其他g2520部
g2010均g2475g4557称g1144变拉-压应力。
(a)黑色金属 (b)有色金属
图1.21 常见的几种循环应力 图1.22 典型的S-N曲线
1.3.2 金属材料的工艺性能
在铸造g451g19215压g451焊接g451热加工g12573加工g2081g2530g17819程中，g980般还g16213进行g993同类型的热处g10714，
因此g980g1022由金属材料g2058g5483的g19658件其加工g17819程十g2010g3809杂。工艺性能直接g5445g2721g19658件加工g2530的质量，是选材和g2058定g19658件加工工艺路线时应当g13783g15397的因g13044之g980。
1,铸造性能
将熔炼g3921的金属浇注g2052与g19658件形状相g17878应的铸型g12366g14120中，冷却凝固g2530获g5483铸件的g7053法称为铸造。常用的铸造g2524金g7389铸g19093g451铸钢和铸造g7389色金属。金属材料铸造成形获g5483优良铸件的能力，即g2524金铸造时的工艺性能称为铸造性能，通常是指流动性g451g6922缩性g451铸造应力g451
偏析和g2572气g1554向以及冷热裂g13453g1554向g12573。
1) 流动性
熔融金属的流动能力称为流动性。流动性g3921的金属g4493g7143充满铸型，g1186而获g5483外形g4448整g451
尺寸g12946g11842g451轮廓清晰的铸件。液态g2524金g1867g7389良g3921的流动性，g993仅g7143于获g5483形态g3809杂g451轮廊清晰的薄壁铸件，而且g7389利于气g1319和夹杂物在凝固g17819程中向液g19766g990浮和g6502g19512，g7389利于补缩，
g1186而能g7389g6940地防止铸件g1998现冷隔g451浇g993足g451气孔g451夹渣和缩孔g12573铸造g13582陷。g5445g2721g2524金流动性的因g13044g5468多，其中主g16213是g2524金的g2282学成g2010g451浇注温度和铸型填充条件。
2) g6922缩性
铸件在凝固和冷却g17819程中，其g1319g12227和尺寸减少的现象称为g6922缩性。铸件g6922缩g993仅g5445g2721
尺寸，还g1262g1363铸件g1147g10995缩孔g451疏g7506g451内应力g451变形和g5332裂g12573g13582陷。g6937铸造用金属材料的g6922
缩率g17246g4579g17246g3921。由于铸件在凝固g17819程中的g6922缩作用而导致铸件g1147g10995缩孔和疏g7506，g1186而g1363铸件的承g17745能力和气密性下降，因此必g20047g16786法防止。当铸件内应力超g17819g2524金的强度极限时，
铸件g4613g1262g1147g10995裂g13453。根据g1147g10995裂g13453的g993同温度，可把裂g13453g2010为热裂和冷裂g1016种。
第1章 金属的结构与性能
·27·
·27·
硫和磷在碳钢中都是十g2010g7389害的杂质元g13044。随着g2559量增加，铸钢的抗裂性能明g7186下降。
铸件中硅g451锰的存在(g2559硅量在 0.1%~0.6%之间，g2559锰量在 0.1%以下)皆g1363铸钢的抗裂性能提高。而氧g451氮g451氢g2029g1363钢的抗裂性能下降。g4557碳钢及g2524金钢进行微g2524金g2282和变质处g10714，
可以大大提高铸钢件的抗裂强度。常用的元g13044g7389钒g451钛g451铌g451锆g451铈g451钙g451硼g12573。尤其是稀土元g13044g4557提高铸钢的抗裂性能g7389良g3921的作用。钢中的碳g451铬g451镍g12573元g13044虽可提高钢的强度，g1306却降低了钢的导热系数，因而增大钢的冷裂g1554向。
3) 偏析
金属凝固g2530，铸锭或铸件g2282学成g2010和g13464g13467的g993均匀现象称为偏析。g2520部g2010的力学性能
g7389g5468大的差异，降低铸件的质量。
2,锻造性能
金属材料用g19215压加工g7053法成形的g17878应能力称g19215造性。g19215造性能主g16213g2474决于金属材料的
g3621性和变形抗力。g3621性g17246g3921，变形抗力g17246g4579，金属的g19215造性能g17246g3921。铜g2524金和g19121g2524金在室温状态下g4613g7389良g3921的g19215造性能。碳钢在加热状态下g19215造性能较g3921。其中低碳钢g7380g3921，中碳钢次之，高碳钢较差。低g2524金钢的g19215造性能接g17829于中碳钢，高g2524金钢的较差。铸g19093g19215造性能差，g993能g19215造。
3,焊接性能
焊接是g17842接金属的g980种g7053法。金属材料g4557焊接加工的g17878应性称焊接性。也g4613是在g980定的焊接工艺条件下，获g5483优质焊接接g3848的g19602g7143程度。评价焊接性的指g7643g7389g1016g1022：g980是焊接接g3848g1147g10995g13582陷的g1554向性；二是焊接接g3848的g1363用可靠性。在g7438g7812工业中，焊接的主g16213g4557象是钢材。碳质量g2010数(g2559碳量)是焊接性g3921坏的主g16213因g13044。低碳钢和g2559碳量低于0.18%的g2524金钢
g7389较g3921的焊接性能，碳质量g2010数大于 0.45%的碳钢和碳质量g2010数大于 0.35%的g2524金钢的焊接性能较差。g2559碳量和g2524金元g13044g2559量g17246高，焊接性能g17246差。
低碳钢的焊接性g7380g3921，g2520种焊接g7053法都可获g5483优良的焊接接g3848。中高碳钢随g2559碳量的增加，焊接性变坏，通常g19668g16213采g2474焊g2081预热和焊g2530热处g10714g12573措施。g4557于厚板或更高g2559碳量的g7512件，焊接g2081g19668在150g263~200g263或250g263~400g263之间预热。g3897氏g1319g993g19164钢g1867g7389良g3921的可焊性，g1306如g7536焊接材料选用g993当或焊接工艺g993正g11842时，g1262g1147g10995晶间腐蚀g451热裂g13453和气g8885g12573g13582
陷。g19093g13044g1319g993g19164钢焊接时，g7143在热g5445g2721区g1147g10995裂g13453，为此应采g2474焊g2081预热g7053法，用焊g2530加热g2052730g263~840g263，并在g12366气中冷却的g7053法，以g9052g19512g8543g1325应力，g18003g1825g5332裂。值g5483注意的是，
g19093g13044g1319g993g19164钢在焊接g17819程中的加热g451冷却g16213g4625量g18003g1825在430g263~480g263之间g1584g11053，以g6245g2058475
g263脆性g1147g10995。另外铜g2524金和g19121g2524金的焊接性能都较差。铜焊件g4493g7143g1147g10995裂g13453g451气孔g12573g13582陷，
并在焊接时g1147g10995应力，变形大，g6164以焊接工艺较g3809杂，应注意g6817作g7053法。g19121及g19121g2524金焊接工艺g3809杂，必g20047正g11842选g6333焊接g7053法，g6523g2058焊接g16280范g2454数并采g2474相应的工艺措施。钛及钛g2524
金焊接时g7143g1147g10995裂g13453，在焊接g17819程中由于氧g451氮g451氢g451碳g7143与钛g1147g10995g7389害元g13044，g1363其性能
g7186g14891下降。g6164以在焊接时必g20047g4557焊接区域采g2474g7389g6940的g1457g6264措施，防止g7389害元g13044的g1417入。钛及其g2524金可用g8701g5371焊g451g12573离子g5371焊和真g12366g11017子g7475焊g12573焊接g7053法。
4,切削加工性能
工件材料进行切g2078加工时的g19602g7143程度称为材料的可切g2078性或切g2078加工性。g993同的工件金属学与热处理
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材料，加工的g19602g7143程度也g993相同。如切g2078铜g451g19121g12573g7389色金属时，切g2078力g4579，切g2078g5468g17743快；
切g2078碳钢g4613比g2524金钢g4493g7143些；切g2078g993g19164钢和g13796热g2524金g12573g3268g19602g4613g5468大，g2004g1867g11964g6451也比较严g18337。
切g2078加工性能g980般用切g2078g2530的表g19766质量(以表g19766g12907糙度高低g15925量)和g2004g1867寿命g7481表g12046。g5445g2721
切g2078加工性的因g13044g5468多，主g16213g7389材料的g2282学成g2010g451g13464g13467g451硬度g451g19899性g451导热性和形变硬g2282
g12573。此外，切g2078g2004g1867的几g1321形状g451g13796g11964性g451切g2078g17907度g12573因g13044也g5445g2721切g2078加工性。因此，评价材料的切g2078加工性能是比较g3809杂的。金属材料g1867g7389g17878当的硬度(170HBS~230HBS)和足够的脆性时切g2078加工性良g3921。g6925变钢的g2282学成g2010(如加入少量g19097g451磷g12573元g13044)和进行g17878当的热处g10714(如低碳钢进行正g9791，高碳钢进行球g2282g17876g9791)可提高钢的切g2078加工性。
碳g13044钢的强度g451硬度随g2559碳量的增加而提高，而g3621性g451g19899性g2029降低。低碳钢的g3621性和
g19899性较高，高碳钢的强度和硬度较高，都g13485切g2078加工带g7481g980定g3268g19602。中碳钢的强度g451硬度g451
g3621性和g19899性都在高碳钢与低碳钢之间，g6937切g2078加工性较g3921。
钢中加入硫g451g19121g12573元g13044g4557g6925g2904切g2078加工性是g7389利的。g6164以g980般g7143切g2078钢常g2559g7389这类元
g13044，g993g17819这类元g13044g1262g11065降低钢的强度。
钢中加入铬g451镍g451g19068g451g19088g451钒g12573g2524金元g13044时，强度和硬度都提高，g1363切g2078加工g3268g19602。
g13796热钢g451g993g19164钢g12573切g2078加工g3268g19602的主g16213原因g4613是g2524金元g13044g2559量较高g6164致。
铸g19093的切g2078加工性g2474决于g9228离g11719g3708的多少。因此，g1973是能g1431进g11719g3708g2282的元g13044，如硅g451
g19121g12573都能g6925g2904铸g19093的切g2078加工性；反之，g1973是g19471g11873g11719g3708g2282的元g13044，如锰g451硫g451磷g12573，都g1262
降低其切g2078加工性。
相同成g2010的材料，当其g7186微g13464g13467g993同时，其力学性能也g993同，因而切g2078加工性g4613g7389差
g2047。g4557碳g13044钢和g2524金钢g7481说，g993同的g7186微g13464g13467，其切g2078加工性g993同。按其切g2078加工性下降
g20046g5219g6502g2027，g7186微g13464g13467g20046g5219为g10676g1821g1319g451g13046氏g1319g451g20544氏g1319。球状g10676g1821g1319的切g2078加工性较g10267状和
g19036状g10676g1821g1319的g3921。
5,热处理工艺性能
热处g10714工艺性能反映钢热处g10714的g19602g7143程度和g1147g10995热处g10714g13582陷的g1554向，主g16213g2265g6336淬g17891性g451
g3250g9791g12295定性g451g3250g9791脆性及氧g2282g14085碳g1554向性和淬g9791变形g5332裂g1554向性g12573。其中主g16213g13783g15397其淬g17891
性，即钢接g2475淬g9791的能力。g2559锰g451铬g451镍g12573g2524金元g13044的g2524金钢淬g17891性比较g3921，碳钢的淬g17891
性较差。g19121g2524金的热处g10714g16213g8726较严，它进行固g9354处g10714时加热温度离熔点g5468g17829，温度的g8886动必g20047g1457g6357在g1025g263以内。铜g2524金只g7389几种可以用热处g10714强g2282。
小 结
材料g13479g7512是指g13464成材料的原子(或离子g451g2010子)相g1126g13479g2524的g7053式或g7512成的形式(这些形式称为g13479g7512g16213g13044)以及g13479g7512g16213g13044按g980定次g5219的g13464g2524g451g6502g2027及相g1126间的g2520种g13864系。金属材料的g3534本g13464元是g13464成材料g2520元g13044的原子，它们能相g1126g13479g2524g17227g7481，g7389的呈g16280g2029g6502g2027g451
形成晶g1319；g7389的呈无g16280g2029g6502g2027，形成非晶g1319。固g9354g1319g451金属g2282g2524物以及它们g13464成的g2520
种相g451g13464g13467g4613是g7512成金属材料的g13479g7512g16213g13044，它们的g993同g13464g2524g451g6502g2027g451相g1126g13864系g7512成了
g993同金属材料的微g16278g13479g7512。金属的晶g1319g13479g7512(g1319心立g7053g451g19766心立g7053和密g6502g1857g7053)和晶g1319g13582
第1章 金属的结构与性能
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陷(点g13582陷g451线g13582陷g451g19766g13582陷和g1319g13582陷)是形成材料性能的g3534g11796。材料的性能g2265g6336g1363用性能和工艺性能，材料的性能g1867g7389多g19766性，同g980材料可以g1186物g10714g451g2282学g451力学g12573g993同g1403
g19766g13783查它的性能。g4613力学性能而g16340可以g1186强度g451硬度g451g3621性g451g19899性g12573多g1022g7053g19766g6563g13484材料g6164g1867g7389的性能，其工艺性能g2265g6336铸造性能g451g19215造性能g451焊接性能g451切g2078加工性能和热处g10714工艺性能g12573。
本 章 习 题
1,g16311g18334以下g2529g16801：晶g1319g451非晶g1319g451晶格g451晶g14002g451晶格常数g451晶系g451晶g19766g451晶向g451晶g19766
指数g451晶向指数g451固g9354g1319g451中间相g451点g13582陷g451线g13582陷g451g19766g13582陷g451弹性模量g451弹性极限g451g4636
g7393强度g451抗拉强度g451g3621性g451断g2530伸g19283率g451断g19766g6922缩率g451硬度g451g1926g1999g19899性g451g11142g2183g451g11142g2183极限。
2,在立g7053晶g14002中画g1998(110)g451(120)晶g19766和[211]g451 121
[120]晶向。
3,实际金属晶g1319中存在g2750些晶g1319g13582陷，它们g4557金属的性能g7389g1172么g5445g2721g731
4,试比较间g19565固g9354g1319g451间g19565相和间g19565g2282g2524物的g13479g7512和性能特点。
5,g1321谓金属g731金属g1867g7389g2750些特性g731
6,金属的工艺性能g2265g6336g2750些内g4493g731
7,根据g2030性球模型，试g16757g12651bcc和fcc晶g14002的致密度。
8,g1321谓g13634g6454固g9354g1319g731g1321谓g7389限固g9354g1319g731g1321谓无限固g9354g1319g731g5445g2721固g9354度的因g13044g7389g2750些g731
9,g1321谓金属g2282g2524物g731常g16277金属g2282g2524物g7389几类g731g5445g2721它们形成和g13479g7512的主g16213因g13044是g1172
么g731其性能如g1321g731
