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第一章 金属的晶体结构

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 ） 。

3、判断

1)正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。（ √ ）

2)金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。（×） 3) 晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。(√ ) 4) 在室温下,金属的晶粒越细,则其强度愈高和塑性愈低。(×)

5) 实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。 (×) 6)体心立方晶格中最密原子面是｛110｝，原子排列最密的方向也是<111> .（对）

7)面心立方晶格中最密的原子面是｛111}，原子排列最密的方向是<110>。 ( 对 ) 8)纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，体积会发生膨胀。 ( 错 ) 9)晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。(错)

10)纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。 (错)

4、选择题

1)金属原子的结合方式是（ C ）

A．离子键 B 共价键 C 金属键 D 分子键 2)晶态金属的结构特征是（ B ）

A 近程有序排列 B 远程有序排列 C 完全无序排列 D 部分有序排列 3)正的电阻温度系数是指 （ B）

A 随温度增高导电性增大的现象 B 随温度降低电阻下降的现象 C 随温度升高电阻减少的现象 D 随温度降低电阻升高的现象 4)金属键的一个基本特征是（A ）

A． 没有方向性 B．具有饱和性 C. 具有择优取向性 D. 没有传导性。 5）晶体中的位错属于 ( D )

A．体缺陷 B 点缺陷 C 面缺陷 D．线缺陷 6）亚晶界的结构是( B )

A．由点缺陷堆集而成 B 由位错垂直排列成位错墙面构成 C 由晶界间的相互作用构成 D 由杂质和空位混合组成 7）多晶体具有( C )

A．各向同性 B 各向异性 C 伪各向同性 D 伪各向异性

一、标出下图中给定晶面和晶向的指数。 标出OO′A′A 、OO′B′B 、ODC′的晶面指数和标出给定晶向的指数：B′D、BB′、OD′。

z O′ A′ C′ D′ B′ O A x

B C D y

z O′ A′ C′ D′ B′ 答：OO′A′A晶面指数，求CC′B′B即可。 截距分别为：∞，1， ∞， 倒数后得晶面指数：（0 1 0）

O A B C D y

OO′B′B的晶面指数，求DD′E′E即可。

截距分别为： -1/2，1/2，∞，倒数、求整后，得晶面指数为： （ī 1 0）

z

E D′ A′ B′ C′ O′ 1/2 O E 1/2 1/2 D A B C y

x z O′ A′ C′ D′ B′ ODC′的晶面指数，求PFO′即可。 截距分别为： 1/2，-1，1，倒数后，得晶面指数为：（2 ī 1） 1 P O 1/2 A F x 1/2 C D B y z O′ A′ 标出晶向的指数：B′D、BB′、OD′ B′D：-1/2, 0， -1 → ［102］ C′ D′ B′ BB′：0，0，1→ ［001］ OD′：1/2, 1， 1→ ［122］ O A B x

C D 1/2y

二、在立方晶胞中画出以下晶面或晶向：（231）（102）（110）［013］［111］

Z

［013］ (102)

Z

(110) ［111］

1/2 1/3 1/2 (231) X

Y

Y X

3、在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数(简单)晶面，写出对应的晶面指数。

4、分别画出立方晶系晶胞内的(110)、(112)晶面和（110）、（111)晶向。

5、画出立方晶系中(111)面、(435)面。写出立方特征。

立方晶系中(111)面、(435)面如右图所示。 立方晶系空间点阵特征是点阵参数有如下关系：

a =b=c，α=β=γ=90°。也可用具有哪类对称元素表示， 若有四个三次转轴，则对应立方点阵。

晶系空间点阵

三、已知铜原子直径为0.256nm，试计算 1mm铜中的原子数以及Cu的晶格常数。 答： a = = 1.414×0.256=0.362 (nm) 1mm中的原子数为：

1/a × 4 = 4/(0.362×10) = 8.43×10 (个)

3

-6

3

19

3

3

四、已知铁的原子量为55.85，1g铁有多少个原子? 计算1g铁在室温和1000℃时各有多少个晶胞?

答： 原子数：6.023×1023÷55.85=1.08×1022 （个）

室温时铁为体心立方结构，单位晶胞中有2个原子，故1g铁中含5.4×1021个晶胞

1000℃时为面心立方结构，单位晶胞中有4个原子，故1g铁中含2.7×1021个晶胞

五、Ni的晶体结构为面心立方，其原子半径为r = 0.1243nm，已知Ni的原子量为58.69，试求Ni的晶格常数和密度。