金属材料学基础理论

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金属材料学基础理论

目录

1金属的基础知识..............................................................3

2钢铁的基础知识..............................................................3

3金属材料的性能..............................................................5

3.1工艺性能...............................................................5

3.2力学性能...............................................................8

3.3高温性能..............................................................11

4金属材料的微观理论知识......................................................14

4.1金属键及其性质........................................................14

4.2晶体结构..............................................................14

4.3晶面、晶向与晶格致密度...............................................15

4.4单晶体与多晶体........................................................15

4.5晶体的缺陷............................................................16

4.6纯金属的结晶..........................................................17

4.7固态金属的同素异晶转变...............................................18

4.8金属的塑性变形与再结晶...............................................19

4.9冷加工与热加工的区别.................................................21

5相图........................................................................21

5.1合金相图..............................................................21

5.2铁碳合金相图..........................................................22

5.3相变过程及概念........................................................23

5.4典型铁碳合金结晶过程分析.............................................24

5.4.1铁碳合金分类......................................................24

5.4.2典型铁碳合金结晶过程分析.........................................24

5.5铁碳合金相图的应用...................................................26

5.5.1含碳量对铁碳合金组织和力学性能的影响规律........................26

5.5.2铁碳相图的应用....................................................27

6钢的热处理.................................................................29

7元素对钢的性能影响.........................................................37

8金属材料牌号的表示方法及电站常见钢号......................................41

9电站锅炉钢材选用原则.......................................................47

9.1耐热钢的分类与设计...................................................47

9.2常用耐热钢选用原则...................................................48

9.3电站锅炉常见钢种.....................................................48

10无损检测...................................................................51

11金属焊接...................................................................56

12金属喷涂技术...............................................................76

1金属的基础知识

化学周期表中现有108种元素，按照元素的原子结构和性质，大体可分为金属、非金属

和准金属三大类。

金属的种类繁多，已经发现的金属有86种。按照冶金工业方法分为黑色金属和有色金

属两大类，黑色金属包括铁、镒、格三种金属及它们的合金，其他金属统称为有色金属。按

照密度大小分为轻金属和重金属，密度小于4500千克/立方米的为轻金属，如铝、镁、钾、

钠、钙、锢、根等，密度大于4500千克/立方米，如铜、银、钻、铅、锌、锡、睇、钮、镉、

汞等。按照价格成本可分为一般金属和贵金属。按照地壳丰度大小可分为常见金属和稀有金

属。

金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的

物质。在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、钳、银、钮以游离态存

在。

金属之最：地壳中含量最高的金属元素——铝；目前世界年产量最高的金属一一铁；人

体中含量最高的金属元素一一钙；导电、导热性最好的金属一一银；硬度最大的金属一一铭；

硬度最小（最软）的金属一一葩；熔点最高的金属一一铝；熔点最低的金属一一汞；密度最大

的金属一一钺：密度最小的金属一一锂；延展性最好的金属一一金、的；海水中储量最大的

放射性元素一一铀。

2钢铁的基础知识

2.1钢铁的优点

进入青铜时代以来，人类与金属材料及其制品的关系日益密切，可以说没有金属材料就

没有人类的物质文明。在人类使用的所有金属材料中，铁是使用量最大、使用范围最广泛的

基础材料。其主要原因是：

I.铁是一种化学元素，它是地球中较多的元素之一，约占35%,且大多以巨大的铁矿

床存在于自然界中；

2.铁矿石的冶炼和加工与其他金属的生产相比，具有生产规模大、效率高、质量好、

成本低等显著的优势；

3.钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能;

4.将银、铭、钞L、镒等金属作为合金元素加入铁中，可获得具有各种性能的金属材料：

5.钢铁通过热处理能调整其机械性能，可以满足国民经济各方面的需要；

6.钢铁具有良好的可回收性。

2.2钢铁的基本概念

合金：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

钢铁产品：以铁元素（Fe）为基础组成成分的金属产品的统称，II常形态包括铁、粗钢、

钢材、铁合金等。

生铁：一般指含碳量在大于2%的铁碳合金，按用途分为炼钢生铁和铸造生铁，按化学

成分分为普通生铁和特种生铁。含碳量在2.5%-3.5%之间的称为铸铁，按断口颜色分为灰口

铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。

熟铁：•般指含碳量小于0.2%的铁碳合金，含碳量小于0.04%的铁碳合金叫工业纯铁。

熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低。

钢：以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的合金材料。（在铝钢

中含碳量可能大于2%,但含碳量2%通常是钢和铸铁的分界线。）

2.3钢铁的分类

2.3.1按冶炼方法分为：手炉钢、电炉钢和转炉钢。电炉钢又分为电弧炉、感应炉、真空

感应炉、电渣炉。

2.3.2按脱氧程度分为：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。

2.3.3按用途分为：结构钢、工具钢、特殊性能钢和专业用钢。

2.3.4按金相组织分为：（1）按平衡状态和退火组织区分，亚共析钢、共析钢、过共析钢

和莱氏体钢。（2）按正火组织区分，珠光体刚、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢。（3）按加

热时有无相变和室温时的金相组织区分，铁素体钢、奥氏体钢、马氏体钢、双相钢。

2.3.5按化学成分分为：（1）碳素钢。简称碳钢，除铁、碳外主要含有少量Si、Mn、S、P

杂质，总含量不超过2%,含碳量小于0.25%为低碳钢，含碳量在0.25%-0.6%为中碳钢，含

碳量大于0.6%为高碳钢。包括普通碳素钢、优质碳素钢、高级碳素钢。（2）合金钢。除碳

钢所含元素外还含有其他一些合金元素如Cr、Ni、Mo、W、V、B等，包括低合金钢、中

合金钢和高合金钢。合金含量小于5%为低合金钢，合金含量在5%-10%之间为中合金钢，

合金含量大于10%为高合金钢。

2.3.6按品质分为：普通钢、优质钢、高优质钢A和特殊优质钢E。

2.3.7按形状分为：（1）板材。厚度0.24mm为薄钢板，4-20mm为中厚钢板，大于20mm

为厚钢板。（2）管材。无缝（热轧、冷拨和抵压），有缝（焊接管）。（3）型材。角钢、槽钢、

工字钢、圆钢、方钢、扁钢和六角钢。（4）线材。钢筋、钢丝和铁丝。

3金属材料的性能

3.1工艺性能

金属材料适应冷热加工的能力，称为加工工艺性能，简称工艺性能。工艺性能好的材料

易于进行加工，生产成本低；工艺性能差的材科在进行加工时工艺复杂、困难，不易达到顶

期的效果，加工成本高。

3.1.1铸造性能

金属材料的生产，大多是通过冶炼、铸造而得到的，如各种机械设备的底座基础，汽轮

机的机壳、阀门，磨煤机的耐磨件等。液体金属浇注成型的能力，称为金属的铸造性能。它

包括流动性、收缩率和偏析倾向等。

（1）流动性：指金属对铸模流动填充继而固化成型的能力。金属的流动性好，可以浇注

成外观整齐、尺寸准确、轮廓清晰、壁薄而形状复杂的零部件，有利于非金属夹杂物和气

体的上浮和排除，易于补缩和热裂纹的弥合。比如，铸铁的流动性优于钢，青铜的流动性

好于黄铜。

影响流动性的因素有：合金种类、成分、结晶特征、粘度、结晶潜热、热导率和其他物

理性能。

（2）收缩率：指铸件冷凝过程中体积和尺寸的减少率。收缩是合金本身的物理性质，是

铸件产生内部缺陷的基本原因。整个收缩过程包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个互

相联系的阶段。

（3）偏析：铸件冷凝时，由于种种原因而造成化学成分出现不均匀的现象。偏析使整体

冲击韧性降低，质量变差。

（4）常见的铸造缺陷可分为表面类、裂纹类、孔眼类、形状不合格、尺寸不合格、重量

不合格、成分不合格、组织不合格、性能不合格。比如：缩孔、缩松、变形、开裂、冷隔、

浇不足、气孔、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂等。

序缺陷名缺陷类图示

形成原因防控措施

号称别

铸件内部厚截面处•改进铸件结构，尽可

缩松形成不规则的孔洞，能减少热节数。,1

2孔洞类

缩孔微小密集，表面粗•合理设计浇冒口系统

糙。和浇道位置，形成顺序11r

凝固。

•选择适当的浇铸温

度。

•改进熔练工艺和排气

孔，减少含气量与氧化

物。

•保证浇铸量，合理补

缩

•结构保证：壁厚均匀，

铸件内部存在应力，

圆角连接，结构对称。

3裂纹裂纹类包括热应力与机械

•工艺保证：同时凝固，

应力

去应力退火。

•降低金属液中的含气

铸件内部或表面有

量。

大小不等的孔眼，孔

4气孔孔洞类•增大砂型的透气性。

的内壁光滑，多呈圆

•在型腔的最高处增设

形。

出气冒口等。

铸件表面上粘附有•在型砂中加入煤粉。

5粘砂表面类一层难以清除的砂•在铸型表面涂刷防粘

粒砂涂料等

在铸件表面形成的

6夹砂表面类■

沟槽和疤痕

在铸件内部或表面

7砂眼孔洞类•乡

充塞着型砂

•提高砂型强度、砂箱

刚度、加大合箱时的压

形状、尺浇注时在金属液的

箱力或紧固力，并适当

寸及重压力作用下，铸型型

8胀砂降低浇注温度，使金属

量不合壁移动，铸件局部胀

液的表面提早结壳，以

格大

降低金属液对铸型的压

力

液态金属充型能力

不足，或充型条件较

形状尺

变形差，在型腔被填满之

寸及重•提高浇注温度与浇注

9冷隔前，金属液便停止流

量不合速度

浇不足动，铸件不能获得完

格

整的形状，存有未完

全融合的接缝

3.1.2锻造性能

重要零件的毛坯往往要经过锻造工序，如汽轮机、发电机的主轴、轮毂、叶片，大型水

泵和磨煤机的主轴、齿轮等。材料承受锻压成型的能力，称为可锻性。

金属的锻造性能可用金属的塑性和变形抗力（强度）来衡量。金属承受锻压时变形程度大

而不产生裂纹，其锻造性能就好。

金属的锻造性能取决于材料的成分、组织及加工条件。

通常低碳钢具有较好的可锻性，低碳钢的可锻性最好。随着含碳量的增加，钢的可锻性

降低。合金钢的可锻性略逊于碳钢。一般情况下，合金钢中合金元素含量越多，其可锻性越

差。铸铁则不能承受锻造加工。

常用的锻造方法有：自由锻造、模锻、冲压、轧制、挤压和拉拔。

金属的冷热弯曲性能也取决于材料的塑性和强度。材料承受弯曲而不出现裂纹的能力，

称为弯曲性能。一般用弯曲角度或弯心直径与材料厚度的比值来衡量弯曲性能。

3.1.3焊接性能

金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优质焊接接头的能力，称为金属

的焊接性。

在电厂中有大量金属结构件是用焊接方法连接的，如锅炉管道、支架、蒸汽导管、管道、

风管、汽包、联箱等。

金属的焊接性能主要取决于材料的化学成分,也取决于所采用的焊接方法、焊接材料（焊

条、焊丝、焊药）、工艺参数、结构形式等。

影响钢的焊接性能的主要因素是钢的含碳量，随着含碳量的增加，焊后产生裂纹的倾向

增大。钢中其它合金元素的影响相应小些。

焊接工艺的特点：（1）能减轻结构重量，节省大量金属材料。（2）能保证容器件有较好

的密封性。（3）便于由小拼大，化大为小。（4）可制造双金属结构。（5）焊件和焊接接头易

产生应力和变形等缺陷。

焊接缺陷：指焊接过程中在焊接接头中产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象。

分为内部缺陷和外部缺陷两部分。

常见缺陷及产生原因

缺陷名称图示特征产生原因

1.工作坡口角度不当或装配间隙

焊缝外形焊缝表面高低不不均匀。

尺寸不符平；焊缝宽度不均2.焊接电流过大或过小。

合要求匀；3.焊条的角度选择不合适或运动

速度不均匀。

沿焊趾的母材部位1.焊接的电流太大，电弧过长或运

咬边产生的沟槽或凹条速度不合适。

陷。2.焊条角度或电弧长度不合适。

焊接时，熔池中的1.熔化金属凝固太快。

气泡在凝固时未能2.电弧太长或太短。

气孔

逸出而残留下来形3焊.接材料化学成分不当。

成空穴。4.焊接材料不干净。

1.工件边缘与焊层之间清理不干

净。

央责

焊后残留在焊缝中2.焊接电流太小，熔化金属凝固太

夹渣

的残渣。快。

3.焊条角度和运条方法不当。

4.焊接材料成分不当。

焊接时焊头根部未

1.焊接电流太小，焊接速度太快。

完全熔透的现象。

2.焊条角度不当。

未焊透对接焊缝的焊缝深

3.坡口角度太小，钝边太厚，间隙

度未达到设计要

太小等。

求。

1焊.接材料化学成分不当。

焊缝、热影响区内2.熔化金属冷却太快。

裂纹部或表面因开裂而3.焊接顺序和措施不当。

形成缝隙。4.工件设计不合理。

5.焊接应力过大。

1.焊接电流太大。

熔化金属流到焊缝

2.电弧过长。

之外未熔化的母材

焊瘤3.焊接速度太慢。

上所形成的金属

4.工作装配间隙太大。

瘤。

5.操作不熟练，运条不当。

焊后在焊缝表面或

背面形成的低于母1.熄弧过快。

凹坑

材表面的局部低洼2.焊接电流过大。

部分。

3.1.4切削性能

金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能。

金属的切削性能与材料及切削条件有关，如纯铁很容易切削，但难以获得较高的光洁度;

不锈钢可在普通车床上加工，但在自动车床上，却难以断屑，属于难加工材料•通常，材料

硬度低时切削性能较好，但是对于碳钢来说，硬度如果太低时，容易出现“粘刀”现象，光

洁度也较差。一般情况下金属承受切削加工时的硬度在HB170-230之间为宜。

3.2力学性能

力学性能是指金属材料在外力作用下,所表现出来的抵抗变形和破坏的能力以及接受变

形的能力。包括强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳抗力等指标。力学性能指标是选

材、材料检验、零件设计计算、评定工艺质量或生产操作质量（尤其是热处理质量）的重要

依据。力学性能与受力状态，材料成分，组织及加工过程有关。

3.2.1金属拉仰试验

金属拉伸试样在逐渐增大的外力作用下，一般依次产生弹性变形、塑性变形和断裂。

发生断裂

（31部断裂）

拉伸机

过程特点：弹性、屈服、塑变、颈缩、断裂

弹性变形：外力卸除后能完全消失的变形。

塑性变形：永久变形，是外力卸除后仍然保留的变形。

断裂：试样整体性被永久性地破坏的呈现形式。

3.2.2强度

强度是衡量材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。强度指标主要有弹性极限、

屈服点（屈服强度）和抗拉强度。

屈服点（屈服强度）：是试样屈服时承受的拉应力，用符号os表示，单位为MPa。

国家标准规定，以产生0.2%残留应变时的拉应力作为条件屈服点（屈服强度），用符号

o0.2表示。

屈服点。s或条件屈服点。0.2是表征在拉伸力作用下，金属抵抗明显塑性变形的能力。

强度按照荷裁作用方式的不同可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭

强度。

3.2.3塑性

塑性是衡量材料在外力作用下接受并发生不可逆永久变形而不破坏断裂的能力。塑性指

标主要有断后伸长率、断面收缩率和冷弯角。

断后伸长率：又称延伸率，指试样被拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距比值的

百分率。

断面收缩率：指试样拉断后截面积的收缩量与原截面积之比的百分率。

3.2.4硬度

金属材料的硬度通常是指材料表面抵抗较硬物体压入时所引起局部塑性变形的能

力。

常见的硬度指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)和里氏硬度(HL)等。

例如：布氏硬度(HB)

布氏硬度计

压头的材质有淬火钢球或硬质合金两种，当压头材质为淬火钢球时，布氏硬度用HBS

表示，适用于测量布氏硬度W450的材料；当压头材质为硬质合金时，布氏硬度用HBW表示，

适用于测量布氏硬度在450~650范围内的材料。

布氏硬度值的表示方法为：硬度值+硬度符号+球体直径/+载荷/+载荷保持时间(10〜15

秒不标注)。

例如，180HBS10/1000/30,表示直径10mm的钢球在lOOOkgf作用下，保持30秒测得的

布氏硬度值为180o

3.2.5冲击韧性

冲击韧性是衡量材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。

影响冲击韧性值大小的因素有：材料的化学成份、冶金质量、组织状态、表面质量、内

部缺陷和温度(冷脆性)等。

3.2.6疲劳强度

金属材料在远低于其屈服极限的交变应力长期作用下发生的断裂现象，称为金属的疲劳。

(1)疲劳失效的特点

疲劳失效的断口有明显的特征，一般由两个明显的部分组成:疲劳源和疲劳裂纹发展区，

疲劳裂纹发展区的特征表面较光滑，另外，裂纹向前扩展时，表面形成类似年轮的贝壳纹,

最后形成瞬时断裂区，瞬时脆性破断区特征是断口较粗糙。

（2）疲劳极限（强度）

疲劳极限（强度）：金属材料经无限次应力循环而不破坏的最大应力值。它反映材料抗

疲劳断裂的能力在一定条件下，当应力的最大值低于某一定值时，材料可能经受无限次循环

仍然不会发生疲劳断裂。这个最大应力值，就叫金属材料的疲劳强度。

通常规定，钢经过107次应力循环仍不破坏，就认为它可以经受无限次循环，此时的最

大应力值就定为其疲劳极限；有色金属则规定应力循环数为108次或更多次才能确定其疲劳

强度•

（3）影响金属材料疲劳强度的因素

材料本身的强度、塑性、组织和材质等影响材料的疲劳强度，另外，疲劳强度还与零部

件的几何形状、加工光洁度和工作环境等有关。

由于疲劳失效的微裂纹绝大多数是先从表面产生和发展的，因而采用表面强化的处理,

可以提高疲劳强度。

3.3高温性能

3.3.1高温机械性能

温度对金属材料的机械性能影响很大。一般随温度升高，强度降低而塑性增加。

对于高温材料的机械性能，不能只简单地用常温下短的拉伸的应力-应变曲线来评定，

还需加入温度与时间两个因素，研究温度、应力、应变与时间的关系，建立评定材料高温机

械性能的指标。

蠕变：金属在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生

塑性变形的现象。蠕变分为减速蠕变、恒速蠕变和加速蠕变三个阶段。

蠕变断裂：由蠕变变形而最后导致材料断裂的形式。

蠕变极限：金属材料在高温长时载荷作用下的抵抗塑性变形能力。

持久强度：金属材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。

持久强度极限：金属材料在规定温度（t）下，达到规定持续时间（T）而不发生断裂

（yr

的最大应力，以r表示。

b黑=30.MPa,表示该合金在7。。。。、1000h条件下的持久强度极限为30MPa。

3.3.2应力松弛：一些高温下工作的紧固零件如汽轮机缸盖或法兰盘上的紧固螺栓，经过一

段时间后紧固应力不断下降。这种紧固应力随时间增加而不断下降的现象叫做应力松弛。

应力松弛是蠕变的结果。蠕变现象是在温度和应力恒定的情况下，塑性变形随时间的增

加而不断增加，而应力松弛现象是在温度和总应变量不变的情况下，由于弹性变形不断地转

化为塑性变形，即逐渐发生蠕变，从而使初始应力不断下降。

3.3.3热疲劳：金属材料经受多次周期性热应力作用而破坏的现象。因为在冷热变化过程中，

零件表面和内部存在温度差，使表面和内部的胀缩在时间上不同步，从而产生内应力。热疲

劳裂纹常出现在零件的表面，成龟裂状。

3.3.4热脆性：指钢在某一温度区间长期加热会导致其冲击韧性显著降低的现象。如热处理

时可能发生的第一类回火脆和第二类回火脆性，其可能的原因是在高温下沿原奥氏体晶界析

出了一层碳化物或氮化物脆性网。

3.3.5高温氧化性能

（1）高温氧化定义

高温氧化是指在高温下金属与氧气反应生成金属氧化物的过程。

高温氧化的基本过程可分为五个阶段。1）气-固反应阶段：气相氧分子碰撞金属材料表

面。2）氧分子以范德华力与金属形成物理吸附。3）氧分子分解为氧原子并与基体金属的自

山电子相互作用形成化学吸附。4）第四阶段为氧化物膜形成初始阶段。5）氧化物薄膜形成

之后，将金属基体与气相氧隔离开。

金属氧化过程的示意图

（2）影响材料抗高温氧化性能的主要因素

1）材料性质

a材料的化学成分。包括化学成分的均匀性、微量元素的分布情况、杂质与其偏聚程

度。

b相组成。包括是单相还是多相，相的热力学稳定性和化学活性，以及在高温氧化期

是否相变。

c组织结构。指材料是单晶还是多晶，还有晶体晶格缺陷包括点缺陷（间隙与空位）、

线缺陷（位错与晶界）和面缺陷（层错，相界），以及宏微观组织和晶粒尺寸、微观疏松

程度。

d其他性能。包括扩散系数、热膨胀系数、弹性模量、泊松比等物理性质。

e晶粒尺寸。晶粒尺寸愈小，氧化速度常数愈小，称为晶粒尺寸正效应，即晶粒细化

可改善抗氧化性能。

2）氧化膜性质

a氧化膜的完整性、致密度以及氧化膜的生长应力。

b氧化物热力学稳定性。

C氧化膜相组成、相的稳定性，结晶结构，缺陷类型与密度，是单层还是多层等。

d氧化膜的力学性质，如生长应力、热应力分布，膜的塑性与强度等.

e膜的物理性质，如热膨胀系数、扩散系数、弹性模量等。

3）工作环境

a环境介质的化学成分。

b环境压力及变化。

c环境介质流动状态、流速等。

d环境温度及其变化。

e受外力的状态。

4金属材料的微观理论知识

4.1金属键及其性质

金属原子的结构特点：价电子数目■•■■

较少（1〜3个），电子层数较多，原子核...■■.■

对价电子的引力较弱，价电子极易脱离■■■■

原子核形成自由电子，金属原子成为正■■■■

离子。自由电子在正离子之间做高速运动，形成带负电的电子气。

金属键：金属原子间这种正离子与自由电子的电性引力结合。

金属键与非金属原子间的结合键（离子键和共价键）不同。金属离子间的键合力很大,

且由大量原子结合成整体金属，故金属的强度高。

自由电子在电场力作用下作定向运动，使金属具有导电性；

金属离子周围的键是等价的、对称的，因而金属原子在空间的位置必须有规则地排列且

势能最低，即呈晶体结构。

金属离子在平衡位置上作高速振动，温度越高，振幅越大。金属的这种结构决定了其具

有优良的导热性。

4.2晶体结构

金属材料通常都是晶体，为r便于分析晶体中原子的排列规律，通常用假想的线条将各

原子中心连接起来，使之构成一个空间格架，这种三维的空间格架，称作“晶格”。

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斌MSfj格

取晶格中一个最基本的几何单元来表明原子排列的规律性，这个最小的几何单元，称为

“晶胞”。显然，金属的结构是由大量晶胞在空间堆垛形成。晶胞各边的长度a,b,C称为“晶

格常数”，其大小是以A为单位来度量。

即体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。

外心立方晶格示盘洌

4.3晶面、晶向与晶格致密度

为了研究方便，可以把金属原子看成球形，并且人为规定与邻近的原子是相切的，并将

球的半径规定为原子半径。体心立方晶格中的原子半径与晶格常数的关系图如卜。

<“>JX方AA格，“MJ=二«■<RVI.V,ifnit-/iM.Ift•I'M几个我®MG

立方乘.W,14.解J",面刊".向

4.4单晶体与多晶体

如果依晶格中晶胞的长、宽、高取坐标系X、Y、Z,将坐标原点选在一个顶角原子上,

晶格就有了方位和方向，称为位向。

在单晶体中晶格的位向是一致的。金属的单晶体很小，约在10-lT0-3cm数量级。金属

总是以多晶体的形式存在，所以往往看不到金属的单晶体，金属单晶体的各向异性也被抵消

了。

在自然界中，常常可以看到食盐，方解石的单晶体。

4.5晶体的缺陷

金属晶体的缺陷依照其几何形状，分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

4.5.1点缺陷

点缺陷：指晶格中三维尺寸都较小的点状缺陷，主要包括晶格空位、间隙原子和异质原

子。

晶体中的空位和。麻原f船体中片质憔广

4.5.2线缺陷

线缺陷：又称位错，是指晶体中•列或若干列原子发生有规律的错排现象。位错有两种

类型，最简单的是刃形位错。

位错的存在对金属的性能有很大影响，随着位错数目的增加，金属强度先降低后增加,

所以金属晶体中不含位错或含有大量位错均能使强度提高。

力修位然，卡套图

4.5.3面缺陷

面缺陷：晶体中二维尺寸较大、•维尺寸较小的呈面状分布的缺陷，如晶界、亚晶界等。

在多晶体中相临晶粒的位向不同，在交界的地方原子排列不可能很规则，于是产生一层“过

渡层”。相邻晶粒的位向差如果小于15度，称作“小角度晶界”，可以看作由许多纵向排列

的同号刃型位错组成；当位向差大于15度时，称作大角度晶界，随着位向差的增加，晶界

的厚度也增加。在实际金属中多数晶界是大角度晶界。

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