1.1.1金属的晶体结构试题培训资料

第一章目录1.1 要点扫描 (1)1.1.1 晶体材料的结合键 (1)1.1.2 空间点阵和晶胞 (5)1.1.3 常见纯金属（FCC、BCC、HCP）的晶体结构71.1.4 晶面指数和晶向指数及其标注 (11)1.1.5 标准投影 (15)1.1.6 倒易点阵和晶体学公式 (18)1.1.7 合金相结构 (24)1.1.8 离子晶体结构 (25)1.1.9 共价晶体结构 (30)1.2 难点释疑 (31)1.2.1 7大晶系包含的点阵类型为什么不是28种，而是14种？311.2.2 为什么没有底心正方和面心正方点阵？ .. 311.2.3 确定晶面指数时应注意哪些问题？ (32)1.2.4 立方晶系中重要晶面上的晶体排列及面密度321.2.5 立方晶系中重要方向上的晶体排列及线密度331.3 解题示范 (34)1.4 习题训练 (42)参考答案 (48)第一章晶体结构1.1 要点扫描1.1.1 晶体材料的结合键1.原子结构原子是由原子中心带正电的原子核和核外绕核高速旋转的带负电的电子所构成。

元素的原子序数等于原子核中的质子数或核外电子数。

每种元素均与一定的原子序数相对应。

所有元素按照原子序数由小到大排列在元素周期表中，如表1-1所示。

表1-1 元素周期表2.原子半径如表1-2所示，列出了元素的原子半径。

可以看出，元素的原子半径呈周期性变化。

同一族中，从上到下过渡时，虽然核电荷增加了，但内层的屏蔽效应也增加了。

由于电子层的增加，主族元素原子半径递增显著，副族元素原子半径递增不显著。

原子半径小，核电荷对外层电子的吸引力强，元素的原子就难于失去电子而易与电子结合，非金属性就强。

反之，原子半径大，核电荷对外层电子吸引力弱，元素的原子就易于失去电子，金属性就强。

表1-2 原子半径3.元素的电负性电负性是指元素的原子在分子中吸收电子的能力。

以氟原子的电负性为4.0，比较各元素原子吸引电子的能力，得到其他元素的相对电负性，如表1-3所示。

1第一章金属及合金的晶体结构复习题一、名词解释1. 晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。

2. 非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。

3. 空间点阵：描述晶体中原子（离子、分子或原子集团）规律排列的空间格架称为空间点阵。

4. 晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。

5. 晶胞：构成晶格的最基本单元。

6. 晶界：晶粒和晶粒之间的界面。

7. 单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。

8 多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。

9. 晶粒：组成多晶体的各个小单晶体的外形一般为不规则的颗粒状，故通常称之为晶粒。

10. 合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。

11. 组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。

12. 相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。

13. 组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。

14. 固熔体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。

二、填空题I .晶体与非晶体的根本区别在于原子的排列是否规则。

2. 常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。

3. 实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

4. 根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。

5. 置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。

6. 合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。

7. 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。

8. 晶体与非晶体最根本的区别是原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质，而非晶体则不是。

1.1.1 金属的晶体结构(一)填空题1．同非金属相比，金属的主要特性是导电性、导热性、塑性优良，正的电阻-温度系数2．晶体与非晶体的最根本区别是晶体中原子排列是周期性规则有序的，而非晶体中原子排列是混乱无序的3．金属晶体中常见的点缺陷是空位和间隙原子，最主要的面缺陷是晶界。

4．位错密度是指单位体积中位错线的总长度，其数学表达式为L / V 。

5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做晶格，而晶胞是指能表示晶体结构的最小的晶格。

6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是【111】，而面心立方晶格是【110】。

7 晶体在不同晶向上的性能是不同的，这就是单晶体的各向异性现象。

一般结构用金属为多晶体晶体，在各个方向上性能是相同的，这就是实际金属的伪各向同性现象。

8 实际金属存在有点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。

位错是线缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度低得多。

9．常温下使用的金属材料以细小晶粒为好。

而高温下使用的金属材料在一定范围内以粗大晶粒为好。

10．金属常见的晶格类型是FCC 、BCC 、HCP 。

11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为<1-10> 或<-110> ，OC晶向指数为<112> ，OD晶向指数为<212> 。

12．铜是FCC 结构的金属，它的最密排面是(111) ，若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为。

13 α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有，属于面心立方晶格的有，属于密排六方晶格的有。

14．已知Cu的原子直径为0．256nm，那么铜的晶格常数为。

1mm3Cu中的原子数为。

15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)和(1/2，0，1/2)三点，这个晶面的晶面指数为{001} . 16．在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为{120} .17．金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。

金属的晶体结构考试习题集及参考答案马氏体沉淀硬化不锈钢,它是美国ARMCO 钢公司在1949年发表的,其特点是强度高,耐蚀性好,易焊接,热处理工艺简单,缺点是延韧性和切削性能差,这种马氏体不锈钢与靠间隙元素碳强化的马氏体钢不同,它除靠马氏体相变外并在它的基体上通过时效处理析出金属间化合物来强化。

正因为如此而获得了强度高的优点,但延韧性却差。

1、试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性. 答：(1)导电性：在外电场的作用下，自由电子沿电场方向作定向运动。

(2)正的电阻温度系数：随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，即金属的电阻是随温度的升高而增加的。

(3)导热性：自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。

(4) 延展性：金属键没有饱和性和方向性，经变形不断裂。

(5)金属光泽：自由电子易吸收可见光能量，被激发到较高能量级，当跳回到原位时辐射所吸收能量，从而使金属不透明具有金属光泽。

2、填空：1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、密排六方。

2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。

3)物质的原子间结合键主要包括金属键、离子键和共价键三种。

4)大部分陶瓷材料的结合键为共价键。

5)高分子材料的结合键是范德瓦尔键。

6)在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为（（ 140 ）） .7)在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为（-110），OC晶向指数为（221），OD晶向指数为（121）。

8)铜是（面心）结构的金属，它的最密排面是（111 ）。

9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有（α-Fe 、 Cr、V ），属于面心立方晶格的有（γ-Fe、Al、Cu、Ni ），属于密排六方晶格的有（ Mg、Zn ）。

1.1.1 金属的晶体结构(一)填空题1．同非金属相比，金属的主要特性是导电性、导热性、塑性优良，正的电阻-温度系数2．晶体与非晶体的最根本区别是晶体中原子排列是周期性规则有序的，而非晶体中原子排列是混乱无序的3．金属晶体中常见的点缺陷是空位和间隙原子，最主要的面缺陷是晶界。

4．位错密度是指单位体积中位错线的总长度，其数学表达式为L / V 。

5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做晶格，而晶胞是指能表示晶体结构的最小的晶格。

6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是【111】，而面心立方晶格是【110】。

7 晶体在不同晶向上的性能是不同的，这就是单晶体的各向异性现象。

一般结构用金属为多晶体晶体，在各个方向上性能是相同的，这就是实际金属的伪各向同性现象。

8 实际金属存在有点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。

位错是线缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度低得多。

9．常温下使用的金属材料以细小晶粒为好。

而高温下使用的金属材料在一定范围内以粗大晶粒为好。

10．金属常见的晶格类型是FCC 、BCC 、HCP 。

11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为<1-10> 或<-110> ，OC晶向指数为<112> ，OD晶向指数为<212> 。

12．铜是FCC 结构的金属，它的最密排面是(111) ，若铜的晶格常数a=,那么最密排面上原子间距为。

13 α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有，属于面心立方晶格的有，属于密排六方晶格的有。

14．已知Cu的原子直径为0．256nm，那么铜的晶格常数为。

1mm3Cu中的原子数为。

15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)和(1/2，0，1/2)三点，这个晶面的晶面指数为{001} . 16．在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为{120} .17．金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。

第一章金属得晶体结构(一)填空题3．金属晶体中常见得点缺陷就是空位、间隙原子与置换原子，最主要得面缺陷就是。

4．位错密度就是指单位体积中所包含得位错线得总长度，其数学L。

表达式为??V5．表示晶体中原子排列形式得空间格子叫做晶格，而晶胞就是指从晶格中选取一个能够完全反应晶格特征得最小几何单元。

6．在常见金属晶格中，原子排列最密得晶向，体心立方晶格就是[111]，而面心立方晶格就是[110] 。

7 晶体在不同晶向上得性能就是不同得，这就就是单晶体得各向异性现象。

一般结构用金属为多晶体，在各个方向上性能相同，这就就是实际金属得伪等向性现象。

8 实际金属存在有点缺陷、线缺陷与面缺陷三种缺陷。

位错就是线缺陷。

9．常温下使用得金属材料以细晶粒为好。

而高温下使用得金属材料在一定范围内以粗晶粒为好。

10．金属常见得晶格类型就是面心立方、体心立方、密排六方。

11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，-晶，OC D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为1/2)1，，10]1[。

晶向指数为[121] 向指数为[221] ，OD，｛111｝面心结构得金属，它得最密排面就是12．铜就是、0那么最密排面上原子间距为若铜得晶格常数a=0、36nm,。

509nm中属于体心立方Zn、Mg、Ni、Cr、V-Fe13 α-Fe、γ、Al、Cu、、-Feγ，属于面心立方晶格得有晶格得有α-Fe、Cr、V。

，属于密排六方晶格得有Mg、Zn CuAl、、Ni、。

．256nm，那么铜得晶格常数为．14已知Cu得原子直径为03。

1mm Cu中得原子数为三点，这个晶，1/2)与0)(1/2，0，(0，00)、(1/2、1/4、．晶面通过15 、面得晶面指数为轴上得截距为y轴上得截距为2，在16．在立方晶系中，某晶面在x 、（140）；与1/2z轴平行，则该晶面指数为塑性与金属光泽主要就是因为导热性、17．金属具有良好得导电性、得结合方式。

金属的结构与结晶1.1 金属材料的结构1.1.1 纯金属的晶体结构晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。

通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。

这种格架称为晶格。

晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。

能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞。

晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。

晶胞的基本特性即反映该晶体结构(晶格)的特点。

晶体晶格晶胞晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a 、b 、c 和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述。

其中a 、b 、c 为晶格常数。

金属的晶格常数一般为1×10-10m ～7×10-10m 。

不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数的不同,表现出不同的物理、化学和机械性能。

金属的晶体结构可用x 射线结构分析技术进行测定。

1.1.2 三种常见的金属晶体结构1.1.2.1 体心立方晶格(胞) (B.C.C.晶格) [点击查看动画模型]体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠。

具有体心立方晶格的金属有钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, <912℃)等。

体心立方晶胞特征：①晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°②晶胞原子数：在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这个晶胞。

所以一个体心立方晶胞所含的原子数为2个。

③原子半径：晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半, 或晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子半径(r原子)。

体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线, 所以原子半径与晶格常数a之间的关系为：④致密度：晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数)。

致密度越大, 原子排列紧密程度越大。