1晶体与非晶体

晶体：原子在空间规则排列所形成的物体。一般而言，固体金属都是晶体。

非晶体：原子在空间不规则排列所形成的物体。典型的有玻璃、塑料、橡胶、沥青等。

各向异性：晶体内，由于晶面和晶向上原子分布排列紧密程度的不同，使晶体在不同晶面或不同晶向上具有不同性能的这种现象。

2金属键

金属原子的特点：外层电子少容易丢失，因而变成正离子和自由电子。处于运动状态的自由电子在原子核外形成电子云。

金属键：固态金属中，通过金属正离子和自由电子云的相互吸引而结合的这种方式，就称作金属键。

3金属晶体

晶体结构：晶体中原子的分布和排列方式，也简称结构。

晶格：组成晶体的原子作有规则排列所形成的空间格架。

晶胞：组成晶格的最基本几何单元。

晶格常数：晶胞各边的尺寸。以埃为单位，埃与米的换算关系。

金属晶体的特点：

第一，熔点一定：比如Fe的熔点是1538℃。

第二，各向异性：比如bcc的铁在[111]方向的弹性模量为248200Mpa，而在[100]方向仅有132300Mpa。

第三，外形规则。

4常见的金属晶格类型

金属晶体对称性高，90%属于以下三种晶格。

最密排面之间的距离大，作用力小。

最密排方向原子密度大，结合力强。

5金属的特性及其原因

第一，良好的导电性：原因是大量的自由电子存在。

第二，良好的导热性：原因是大量的正离子存在。

第三，良好的塑性：原因是靠金属键结合。

第四，不透明和特殊的金属光泽。

6金属的结晶

结晶：由液态金属向原子规则排列、形成金属晶体的过程就称为结晶。

结晶产品可以只是半成品（铸锭），也可以是成品（铸件）。

液态金属和固态金属的自由能都随着温度而降低，但是，液态金属降低的、得比固态金属快。在某个时刻二者自由能刚好相等。这个温度就是理论结晶温度。记为T₀。实际上，在T₀温度下，液态和固态金属互相转变，不会真正发生结晶。而总是在低于T₀的某个温度（实际结晶温度T_n）时才真正开始结晶。

过冷度：金属的实际凝固温度与理论凝固温度之差。ΔT=T₀-T_n

金属结晶必须是一个自由能降低的自发过程。这也说明了为什么需要一定的过冷度。

金属结晶是一个过程，要经历形核与核心长大两个阶段。

自发形核：直接在液态金属中产生晶核，称为自发形核。

非自发形核：依靠外来固体粒子形成的晶核，就是非自发形核。

晶核的长大总是与温度梯度的方向相反，并且总是长成树枝状（P13 Fig1-11）。

晶界：金属结晶时，将杂质推挤到两晶体交界处形成的不规则边界。

晶粒：由晶界包围的晶体。

同素异构转变：固态下，金属或合金发生晶格类型转变的现象。也称为同素异型转变或多型性转变。典型的例子就是铁：912℃以下是体心立方的α铁，912～1394℃是面心立方的γ铁，1394～1538℃又为体心立方的α铁（为区别而称为δ铁）。

7实际使用的工程材料——金属

都是多晶体，晶体内是有缺陷的：点缺陷（空位、间隙原子、置换原子）、线缺陷（位错）、面缺陷（亚晶界、晶界）。

铸锭组织分成细晶粒区（很薄，性能良好）、柱状晶粒区（发达，性能有方向性、显微孔洞少、组织致密、但交界薄弱）和中心等轴晶粒区（较发达，性能没有方向性、但显微孔洞多、不太致密）。

8对技术工作者的要求

通过细化晶粒获得铸件的高性能（适当增大过冷度、加孕育剂进行变质处理、）、设计时尽量采用尖角。