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合金结晶与纯金属结晶的异同结晶是固体物质由液体或气体转变为固体时形成的有序结构过程。
在金属材料中，结晶是其物理和力学性能的重要因素之一。
金属材料的结晶可以分为合金结晶和纯金属结晶两种类型。
本文将从晶体结构、结晶方式、晶界性质和性能特点等方面对合金结晶与纯金属结晶进行比较，以便更好地理解它们的异同。
合金结晶与纯金属结晶在晶体结构方面存在一定的差异。
纯金属结晶的晶体结构主要有面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和密堆积六方（HCP）等。
而合金结晶的晶体结构则取决于合金的成分。
不同的合金成分会导致晶体结构的变化，例如，合金中添加了一些非金属元素会改变晶体结构，使之变为非晶态或形成新的相。
合金结晶与纯金属结晶在结晶方式上也有所不同。
纯金属结晶通常遵循固溶体系的相图，即通过熔化和冷却的方式进行结晶。
而合金结晶则更加复杂，因为合金中存在多个元素，其相互作用和溶解度的变化会影响合金的结晶方式。
合金结晶可以包括共晶、共晶反应、包晶等多种方式。
在晶界性质方面，合金结晶与纯金属结晶也存在差异。
晶界是指晶体中两个晶粒之间的界面，它对材料的性能起着重要作用。
纯金属结晶的晶界通常是高度有序的，晶界能量较低，因此具有较好的力学性能。
而合金结晶的晶界则受到合金成分和结晶方式的影响，晶界的有序性和能量可能会发生变化，从而影响材料的性能。
合金结晶和纯金属结晶在性能特点上也有所不同。
纯金属结晶的晶粒尺寸较大且均匀，因此具有较好的塑性和导电性能。
而合金结晶的晶粒尺寸和分布受到合金成分和结晶方式的影响，可能会出现较大的晶粒和晶界偏析等现象，从而影响材料的力学性能和化学性能。
合金结晶与纯金属结晶在晶体结构、结晶方式、晶界性质和性能特点等方面存在一定的异同。
通过对其进行比较，可以更好地理解合金材料的结晶行为和性能特点，为合金材料的设计和应用提供理论依据。
然而，需要注意的是，合金结晶和纯金属结晶是一个复杂的问题，还有很多细节和特殊情况需要进一步研究和探索。
合金结晶和纯金属结晶的异同合金结晶和纯金属结晶是固态金属材料在冷却过程中形成晶体结构的两种不同方式。
虽然它们都涉及到原子的有序排列，但在细节上存在一些差异。
本文将从晶体形成的过程、晶体结构以及性质等方面对合金结晶和纯金属结晶进行比较和分析。
合金结晶和纯金属结晶的形成过程存在一些异同。
合金结晶是由两种或更多种金属元素组成的固态混合物，在冷却过程中形成晶体结构。
纯金属结晶则是由单一金属元素组成的固态材料。
不论是合金还是纯金属，其结晶过程都可以分为凝固和晶体生长两个阶段。
在凝固阶段，金属原子开始有序排列，形成初生晶核。
随着冷却的继续，这些晶核逐渐长大并扩展，直到填满整个材料。
合金结晶和纯金属结晶的晶体结构也存在差异。
纯金属结晶中的金属原子排列规则，通常具有高度的对称性。
常见的金属结晶结构有面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和密堆积六方（HCP）等。
而合金结晶由于含有多种金属元素，其晶体结构往往更为复杂。
合金晶体中金属原子的排列方式取决于不同金属元素之间的相互作用力，可能会形成固溶体、亚稳相或化合物等多种晶体结构。
合金结晶和纯金属结晶的性质也有所差异。
合金的存在可以改变材料的力学性能、热学性质和化学反应性等。
通过调整合金的成分和结构，可以获得不同的材料性能，如提高强度、增加耐腐蚀性等。
纯金属的性质主要取决于其晶体结构和原子间的键合，因此通常具有较高的电导率和热导率，以及良好的延展性和可塑性。
总的来说，合金结晶和纯金属结晶在形成过程、晶体结构和性质等方面存在一些异同。
合金结晶由于含有多种金属元素，其晶体结构较为复杂，而纯金属结晶则具有较高的对称性。
此外，合金的存在可以改变材料的性能，而纯金属的性质主要取决于其晶体结构和原子间的键合。
深入理解合金结晶和纯金属结晶的差异，对于合金材料的设计和应用具有重要意义。
金属与合金的晶体结构一、引言金属与合金是一类重要的材料，它们具有优异的物理和化学性质，广泛应用于工业和科学领域。
金属与合金的晶体结构是影响其性能的重要因素之一。
本文将介绍金属与合金的晶体结构，包括晶体的组成、晶体的类型以及晶体的排列方式等。
二、金属晶体结构金属晶体结构由金属原子组成。
金属原子通常具有较大的离子半径和较小的电负性，因此它们倾向于形成金属键。
金属晶体结构可以分为以下几种类型：1. 面心立方结构（FCC）面心立方结构是最常见的金属晶体结构之一。
在面心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点。
这种结构具有高度的对称性和密堆积性，因此具有较高的韧性和塑性。
2. 体心立方结构（BCC）体心立方结构是另一种常见的金属晶体结构。
在体心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及晶格的中心。
这种结构相对于面心立方结构来说，具有更高的密度和较低的韧性。
3. 密堆积六方结构（HCP）密堆积六方结构是一种较少见的金属晶体结构。
在密堆积六方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点，形成六边形的密堆积结构。
这种结构具有较高的密度和较低的韧性。
三、合金晶体结构合金是由两种或更多种金属元素组成的混合物。
合金晶体结构可以由金属元素的晶体结构类型以及原子比例决定。
1. 固溶体固溶体是最常见的合金晶体结构之一。
在固溶体中，主要金属元素和溶质金属元素形成固溶体溶解体，原子之间的排列方式与纯金属相似。
固溶体可以分为完全固溶体和部分固溶体两种类型。
完全固溶体中，溶质原子完全溶解在主要金属晶体中；而在部分固溶体中，溶质原子只能部分溶解在主要金属晶体中。
2. 亚稳相亚稳相是指在合金中形成的相对于平衡相来说具有较低稳定性的晶体结构。
在亚稳相中，原子之间的排列方式发生改变，导致晶体结构和性能发生变化。
亚稳相的形成主要受到合金元素的浓度和固溶度限制的影响。
3. 间隙化合物间隙化合物是指合金中形成的一种特殊结构，其中金属原子和非金属原子之间的排列方式具有较高的有序性。
金属的结构与性能⏹纯金属的晶体结构⏹合金的晶体结构纯金属的晶体结构晶体——原子排列长程有序有周期熔点一定材料晶体原子排列长程有序，有周期非晶体——原子排列短程有序，无周期。
性能呈各向异性，一定条件下晶体和非晶体可互相转化。
石英玻璃(非晶体)石英晶体(晶体)一、纯金属的晶体结构（一）晶体的基本概念晶格与晶胞●晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间1、晶格与晶胞用假想的线将原子中心连接起来所形成的维空间格架。
直线的交点（原子中心）称结点。
由结点形成的空间。
点的阵列称空间点阵●晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。
结点晶体晶胞晶格（空间点阵）晶格与晶胞晶格常数：立方•晶胞各边尺寸a、b、c。
六方•各棱间夹角α、β、γ。
2 晶系：四方●根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。
以上的金属具有立方晶系和六方晶系菱方●90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。
=====90︒正交●立方晶系：a b c，αβγ90●六方晶系：a1=a2=a3≠c，α=β=90︒，γ=120︒单斜三斜3原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。
4 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。
5 配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
6晶胞中原子本身6 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。
K=nv’/V=Vrn 334π⨯(二)、金属中常见的晶格类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格（bcc）（fcc）（hcp）(二)、金属中常见的晶格类型 1. 体心立方晶格(Body Centered Cubic Lattice, BCC)晶胞原子数晶格常数：a (a =b =c )1/8×8+1=2体心立方结构(b.c.c)原子半径：a 43r 致密度晶格常数：a (a =b =c )晶胞原子数6=41/8×8+1/2×64c晶格常数：a (a =b ), cc/a=1.633晶胞原子数121/2236c/a 1.6331/6×12+1/2×2+3=6a21r =：原子半径配位数：12K ’/V 07474%致密度：K=nv’/V ≈0.74=74%金属中常见晶格类型的基本参数晶格类型体心立方（bcc ）面心立方（fcc ）密排六方（hcp ）晶胞结构a ＝b ＝ca ＝b ＝c90a ＝b c/a ＝1.633α＝β＝γ＝90℃α＝β＝γ＝90℃α＝β＝90℃γ＝120℃晶胞常数晶胞内原子数原子半径致密度配位数0.680.740.7481212α‐Fe 、Mo 、W 、V 、Cr 、β‐Tiγ‐Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Au 、AgMg 、Cd 、Zn 、Be 、Ca 、α‐Ti典型金属(三)、立方晶系晶面、晶向表示方法●晶体中一系列原子组成的面称晶面●任意两原子之间的连线称为原子列，其方向称为晶向。
金属与合金的微观结构与性质引言：金属与合金是我们日常生活中常见的材料。
它们具有独特的微观结构和特殊的性质，对于工业生产和科学研究都具有重要意义。
本文将从微观结构的角度来探讨金属与合金的性质。
一、晶体结构金属与合金的微观结构是由大量的晶体组成的。
晶体是由原子、离子或分子按照规则的排列方式形成的，具有周期性的结构。
金属晶体中的原子由于强大的金属键相互连接，形成了具有高度有序性和密堆性的结构。
这种结构的稳定性和金属的硬度、延展性密切相关。
二、晶格缺陷晶体中不可避免地存在着各种缺陷，如点缺陷、面缺陷和体缺陷。
点缺陷是晶体中原子位置的偏离，它可以分为空位、插入原子和间隙原子。
面缺陷是晶体表面的不平整，常见的有晶界和位错。
体缺陷是晶体内部的缺陷，例如体积不均匀和阻塞。
这些缺陷对金属的性能产生重要影响，并且在材料加工和力学性质等方面表现出不同的行为。
三、晶体的相变相变是晶体结构和性质变化的过程。
金属在加热和冷却过程中会发生相变现象。
最常见的是固态金属的相变，如铁的磁性转变和冷热处理时的晶体结构变化。
相变是金属与合金在制备和应用过程中不可或缺的一部分，对于调控和改善材料性能具有重要价值。
四、合金的形成与调控在金属中添加其他元素可以形成合金。
合金是由两种或多种金属元素混合而成的材料，具有比纯金属更好的性能和更广泛的应用。
通过选择不同的元素成分和比例，可以改变合金的微观结构，从而调控合金的硬度、强度、耐腐蚀性等性质。
合金的形成和调控对于现代工业的发展具有重要意义。
五、金属与合金的物理性质金属和合金具有许多特殊的物理性质，如导电性、热传导性、延展性和吸收能量能力。
这些性质使得金属和合金被广泛应用于电子、能源、交通等领域。
在微观结构的基础上，我们可以解释这些性质背后的原因，并优化材料的性能。
六、金属与合金的力学性质力学性质是评价金属和合金材料性能的重要指标。
金属与合金的硬度、强度、延伸性和韧性等性质与微观结构密切相关。
第二章 金属与合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。
晶体与非晶体的区别表现在许多方面。
晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。
此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。
在一般情况下的固态金属就是晶体。
一、晶体结构的基础知识（1）晶格与晶胞为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2-1）晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2-1），它具有很高对称性。
（2）晶胞表示方法不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。
结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示，称为晶格常数。
晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。
当棱边a b c ==，棱边夹角90αβγ===︒时，这种晶胞称为简单立方晶胞。
（3）致密度金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
二、三种典型的金属晶格1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。
它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。
属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。
2、面心立方晶格晶胞示意图见图2-2b。
它的晶胞也是一个立方体，立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为4个，其致密度为0.74（原子排列较紧密）。
属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ-Fe等。
3、密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体，原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，晶胞示意图见图2-2c。
其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.74。
属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。
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一、章节：第二章纯金属与合金的晶体结构
第一节纯金属的晶体结构第二节纯金属的实际晶体结构第三节合金的晶体结构
二、教学目的：使学生了解纯金属与合金的晶体结构，晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。
三、教学方法：
讲授法。
四、教学重点：
晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。
五、教学难点：
晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。
六、使用教具：
挂图。
七、课后作业：
P17：1、2、6。
八、课后小结：
第二章纯金属与合金的晶体结构
第一节纯金属的晶体结构
一、晶体结构的基本知识
1．晶体与非晶体
晶体内部的原子按一定几何形状作有规则地重复排列，如金钢石、石墨及固态金属与合金。
而非晶体内部的原子无规律地规律地堆积在一起，如沥青、玻璃、松香等。
晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非晶体没有固定的熔点，且各向同性。
2．晶体管格与晶胞
为便于分析晶体中原子排列规律，可将原子近似地看成一个点，并用假想的线条将各原子中心连接起来，便形成一个空间格子。
晶格——抽象的、用于描述原子在晶体中的规则排列方式的空间几何图形。
结点——晶格中直线的交点。
晶胞——晶格是由一些最基本的几何单元周期重复排列而成的，这种最基本的几何单元称为晶胞。
晶胞大小和形状可用晶胞的三条棱长a、b、c（单位，1A=108cm）和棱边夹角来描述，其中a、b、c称为晶格常数。
各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，故呈现出不同的物理、化学及力学性能。
二、常见的晶格类型
1．体心立方晶格
体心立方晶格的晶胞为一立方体，立方体的八个顶角各排列着一个原子，立方体的中心有一个原子。
其晶格常数a=b=c。
属于这种晶格类型的金属有α铁、铬、钨、钼、钒等。
2．面心立方晶格
面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排列一个原子。
属于这种晶格类型的金属有γ铁、铝、铜墙铁壁、镍、金、银等。
3．密排六方晶格
密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，柱体的十二个顶角和上、下中心各排列着一个原子，在上、下面之间还有三个原子。
属于这种晶格类型的金属有镁、锌、铍等、α－Ti。
晶格类型不同，原子排列的致密度也不同。
体心立方晶格的致
密度为68%，而面心立方晶格和密排六方晶格的致密度均为74%。
晶格类型发生变化，将引起金属体积和性能的变化。
第二节纯金属的实际晶体结构
一、多晶体结构
单晶体——晶体内部晶格位向（原子排列方向）完全一致的晶体。
单晶体具有各向异性的特征。
“晶粒”——晶体位向基本相同的小晶体外形不规则，且呈颗粒状。
每个晶粒内的晶格位向一致，但各个晶粒之间彼此位向都不相同。
多晶体——由许多晶粒组成的晶体。
一般金属材料都是多晶体。
“晶界”——多晶体材料中相邻晶粒的界面。
多晶体是由许多位向不同的晶粒组成，其性能是位向不同晶粒的平均性能，故认为金属（多晶体）是各向同性。
二、纯金属的实际晶体结构
在实际晶体中，原子的排列并不像理想晶体那样规则和完整。
晶体缺陷——由于许多因素的影响，使某些区域的原子排列受到干扰和破坏，这种区域即晶体缺陷。
根据晶体缺陷的几何形态，
可将其分为以下三类：
1．点缺陷
点缺陷是指在长、宽、高三个方向上的尺寸都很小的一种缺陷，最常见的是晶格空位和间隙原子，即晶格中某些结点被原子点有而形成晶格空位，同时又可能在其他晶格空隙处出现多余原子而形成间隙原子。
点缺陷使周围原子发生靠拢或撑开，造成晶格畸变。
2．线缺陷
线缺陷是指在晶体中呈线状分布的缺陷，常见的线缺陷是各种类型的位错。
“刃型位错”——图示ABCD 晶面以上垂直插入一个原子面EFGH ，象刀刃一样切到EF 线上，使ABCD 晶面上、下两部分晶体的原子排列数目不等，即原子产生了错列的现象。
位错的存在，以及位错的数量对金属的力学性能有很大的影响。
晶体中位错的数量可用位错密度ρ表示。
V
L =ρ ㎝-2 式中 V ——晶体的体积，cm 3；
L ——位错线的总长度，cm 。
3．面缺陷
面缺陷是指在晶体中呈面状分布的缺陷。
常见的面缺陷是晶界和亚晶界。
在每个晶粒内，其晶格位向并不像理想晶体那样完全一致，而是存在许多尺寸很小，位向差也很小的小晶块，这些小晶块称为“亚晶粒”，两相邻亚晶粒的界面称为“亚晶界”。
亚晶界是由一系列刃形位错组成的小角度晶界，其原子排列不规则，也产生晶格畸变。
亚组织——具有亚晶粒与亚晶界的组织。
第三节合金的晶体结构
一、合金的基本概念
合金——由两种或两种以上的金属元素组成的，具有金属特性的新物质。
组元——组成合金最基本的独立的物质，简称元。
组元就是组成合金的元素。
例如普通黄铜的组元是铜和锌，铁碳合金的组元就是铁和碳。
按组元数目，合金可分为二元合金、三元合金和多元合金等。
“相”——在纯金属或合金中，具有相同的化学成份、晶体结构和相同的物理性能的组分。
例如纯铜在熔点温度以上或以下，分别为液相或固相，而在熔点温度时则为液、固两相共存。
合金在固态下，可以形成均匀的单相组织，也可以形成由两相或两相以上组成的多相组织，——这种组织称为两相或多相组织。
“组织”——泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。
二、合金的相结构
按合金组元间相互作用不同，合金在固态下的相结构分为固溶体和金属化合物两类。
1．固溶体
固溶体——合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相。
溶剂——与固溶体晶格类型相同的组元称。
溶质——其它组元称为溶质。
根据原子在溶剂中晶格中所占位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。
（1）置换固溶体置换固溶体是指溶质原子占据了部分溶剂晶
格结点位置而形成的固溶体。
按溶解浓度的不同，置换固溶体又分为无限固溶体和有限固溶体两种。
例如铜镍合金，铜原子和镍原子可按任意比例相互溶解，形成无限固溶体；而铜锌合金只有在ωZn≤39%时，锌能全部溶入铜中形成单相的α固溶体。
当ωZn＞39%时，组织中除α固溶体外，还出现铜与锌形成的金属化合物。
（2）间隙固溶体间隙固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体。
由于溶剂晶格的间隙有限，因此间隙固溶体都是有限固溶体。
间隙固溶体形成的条件是溶质原子半径与溶剂原子的半径的比值r
≤0.59。
因此形成的间隙固溶体的溶质元素通常是原子半径溶质/r溶剂
小的非金属元素，如碳、氮、氢、硼、氧等。
2．金属化合物
金属化合物——合金组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，一般可用分子式表示。
根据形成条件及结构特点，常见的金属化合物有三种类型：
（1）正常价化合物——严格遵守原子价规律的化合物，它们是由元素周期表中相距较远，电化学性质相差较大的元素组成的。
如Mg2Si、Mg2Pb、Mg2Sn、Cu2Se等。
（2）电子化合物——不遵守原子价规律，但是有一定的电子浓度的化合物。
电子化合物的晶体结构与电子浓度有一定的对应关系。
例如，当电子浓度为3/2时，形成体心立方晶格的电子化合物，称为β相，如CuZn、Cu3Al等；当电子浓度为21/13时，形成复杂立方晶格的电子化合物，称为γ相，如Cu5Zn8、Cu31Zn8等；当电子浓度为7/4时，形成密排六方晶格的电子化合物，称为ε相，如CuZn3、Cu3Sn等。
（3）间隙化合物——是过渡族金属元素与原子计径较小的碳、氮、氢、硼、等非金属元素形成的化合物。
按结构特点，间隙化合物可分为以下两种：
1）间隙相当非金属元素的原子半径与金属元素的原子半径的比值＜0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相，如TiC、WC、VC等。
2）复杂结构的间隙化合物当非金属元素的原子半径与金属元素的原子半径的比值＞0.59时，形成具有复杂晶格的间隙化合物，如Fe3C、Mn3C、Cr7C3、Cr23C6等。
Fe3C是铁碳合金的一种重要的间隙化合物，通常称为渗碳体，
其碳原子与铁原子半径之比为0.61。
Fe3C的晶体结构为复杂斜方晶格，熔点约1227℃，硬度高（1000HV），塑性和韧性很差。
金属化合物的晶格晶格类型和性能不同于组成糨的任一组元，一般硬而脆，生产中很少使用单一相金属化合物的合金。
但金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基体上时，将使合金强度、硬度和耐磨性明显提高——这一现象称为弥散强化。
因此金属化合物主要用来作为碳钢、低合金钢、合金钢、硬质合金及有色金属的重要组成相及强化相。
