第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)

第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬第一節(jié)金屬1.1金屬：金屬是由原子以某種聚集狀態(tài)組成的材料，它具有特殊的性質(zhì)，高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，一般不透明，有金屬光澤，有一定的強(qiáng)度和韌性，正的電阻溫度系數(shù)等。1.1.1金屬鍵：金屬鍵：根據(jù)近代物理和化學(xué)的觀點(diǎn)，處于集聚狀態(tài)的金屬原子，全部或大部分都將它們的價(jià)電子貢獻(xiàn)出來(lái)，作為整個(gè)原子集體所公有。這些公有化的電子也稱自由電子，它們組成所謂電子云或電子氣，在點(diǎn)陣的周期場(chǎng)中按量子力學(xué)規(guī)律運(yùn)動(dòng)著；而貢獻(xiàn)出電子的原子，則變成正離子，它沉浸在電子云中，它們依靠運(yùn)動(dòng)于其間的公有化自由電子的靜電作用而結(jié)合起來(lái)。這種結(jié)合叫金屬鍵，它無(wú)飽和性和方向性的問(wèn)題。金屬晶體中的原子(離子)之間是靠金屬鍵結(jié)合的。金屬鍵模型

1.1.2金屬的特性導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、等1.1.3金屬原子的排列規(guī)則（略）第二節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.2.1晶體的概念一、晶體(crystal)與非晶體(noncrystal)1.晶體：所謂晶體就是指其內(nèi)部粒子呈規(guī)則排列的物質(zhì)，如水晶、食鹽、金屬。晶體特點(diǎn)：(1)一般具有規(guī)則的外形，但晶體的外形不一定都是規(guī)則的。(2)有固定的熔點(diǎn)，例如，鐵(Fe)的熔點(diǎn)為1538℃；銅(Cu)的熔點(diǎn)為1084．5'C：鋁(A1)的熔點(diǎn)為660．37'C。

(3)具有各向異性。所謂各向異性，就是在同一晶體的不同方向上，具有不同的性能。2.非晶體：內(nèi)部粒子呈無(wú)規(guī)則的堆積，因此沒(méi)有晶體的上述特點(diǎn)。玻璃是一種典型的非晶體，故往往將非晶體的固態(tài)物質(zhì)(簡(jiǎn)稱非晶態(tài)物質(zhì))稱為玻璃體。3.晶體純物質(zhì)與非晶體純物質(zhì)在性質(zhì)上的區(qū)別主要有兩點(diǎn)：①前者熔化時(shí)具有固定的熔點(diǎn)，而后者卻存在一個(gè)軟化溫度范圍，沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)②前者具有各向異性，而后者卻為各向同性。1.2.2、金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶格與晶胞1.晶體結(jié)構(gòu)：晶體中的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子、分子、原子集團(tuán))在三維空間有規(guī)律的周期性的重復(fù)排列方式。組成晶體的物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)不同，排列的規(guī)則不同，或者周期性不同，就可以形成各種各樣的晶體結(jié)構(gòu)。2.空間點(diǎn)陣：。假定晶體中的物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都是固定的剛性小球，那么晶體即由這些剛性小球按一定幾何規(guī)則排列的緊密堆積。由圖1-3可見(jiàn)，原子在晶體中是有規(guī)則的、周期性的排列的。這種排列的形式稱為空間點(diǎn)陣，簡(jiǎn)稱點(diǎn)陣(unit1attlce)。3.晶格(1attlce)：為方便起見(jiàn)，人為地將點(diǎn)陣用直線連接起來(lái)形成空間格子稱之為晶格。4.晶胞(unitlatticecell)：由于晶體中原子的規(guī)則排列具有周期性的特點(diǎn)，通常只從晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格對(duì)稱特征的、最小的幾何單元來(lái)分析晶體中原子排列的規(guī)律，這個(gè)最小的幾何單元稱為晶胞。5.晶格常數(shù)：整個(gè)晶格就是由許多大小、形狀和位向相同的晶胞在空間重復(fù)堆積而成的。晶胞的大小和形狀常以晶胞的棱邊長(zhǎng)度a、b、c及棱間夾角α、β、γ來(lái)表示。圖中通過(guò)晶胞角上某一結(jié)點(diǎn)沿其三條棱邊作三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z，稱為晶軸。晶胞的棱邊長(zhǎng)度，稱為晶格常數(shù)(1atticeconstant)或點(diǎn)陣常數(shù)，晶胞的棱間夾角又稱為晶軸間夾角。習(xí)慣上，以原點(diǎn)O的前、右、上方為軸的正方向(反之為負(fù)方向)。

晶體結(jié)構(gòu)晶格晶胞把原子抽象為幾何點(diǎn)，并用許多假想的直線連接起來(lái)，這樣得到的三維空間幾何格架稱為晶格，如圖（b）所示；晶格中各連線的交點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)；組成晶格的最小幾何單元稱為晶胞，如圖（b）所示；晶胞各邊的尺寸a、b、c稱為晶格常數(shù)，其大小通常以為計(jì)量單位（A），晶胞各邊之間的相互夾角分別以α、β、γ表示。

1.2.3、常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)自然界中的晶體有成千上萬(wàn)種，它們的晶體結(jié)構(gòu)各不相同。但若根據(jù)晶胞的三個(gè)晶格常數(shù)和三個(gè)軸間夾角的相互關(guān)系對(duì)所有的晶體進(jìn)行分析，空間點(diǎn)陣只能有14種，并歸納為七個(gè)晶系，見(jiàn)表1—1。由于金屬原子趨向于緊密排列，所以在工業(yè)上使用的金屬元素中，除了少數(shù)具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)外，絕大多數(shù)金屬具有面心立方(fcc)、體心立方(bcc)和密排六方(hcp)三種典型的晶體結(jié)構(gòu)。(1)體心立方晶格(bodycenteredcubiclattice)：體心立方晶體的晶胞如圖1.4所示。其晶胞是一個(gè)立方體，晶格常數(shù)a=b=c，晶軸間夾角α=β=γ=900，所以通常只用一個(gè)晶格常數(shù)α表示即可。在體心立方晶胞的每個(gè)角上和晶胞中心都有一個(gè)原子。在頂角上的原子為相鄰八個(gè)晶胞所共有，故每個(gè)晶胞只占1／8，只有立方體中心的那個(gè)原子才完全屬于該晶胞所獨(dú)有，實(shí)際上每個(gè)體心立方晶胞所包含的原子數(shù)為：（8×l）／8+l=2個(gè)。具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)的金屬有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。圖1-5體心立方晶胞(2)面心立方晶胞(facecenteredcubiclattice)：面心立方晶體的晶胞如圖1.5所示。其晶胞也是一個(gè)立方體，晶格常數(shù)d＝b＝c，品軸間夾角α=β=γ=900，所以也只用一個(gè)晶格常數(shù)α表示即可。在面心立方晶胞的每個(gè)角上和晶胞的六個(gè)面的中心都有一個(gè)原子。面心立方晶胞所包含的原子數(shù)為（8×1）／8+（6×1）／2=4個(gè)。具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的金屬有γ—Fe、Al、Cu、Ag、Au、Pb、Ni、β-Co等。圖2-5面心立方晶胞(3)密排六方晶胞(closepackedlatticehexagonal)：密排六方晶體的晶胞如圖1.6所示。它是由六個(gè)呈長(zhǎng)方形的側(cè)面和兩個(gè)呈正六邊形的底面所組成的一個(gè)六方柱體。因此，需要用兩個(gè)晶格常數(shù)表示，一個(gè)是正六邊形的邊長(zhǎng)a，另—個(gè)是柱體的高c。在密排六方晶胞的每個(gè)角上和上、下底面的小心都有一個(gè)原子，另外在中間還有三個(gè)原子。因此，密排六方晶格的晶胞中所含的原子數(shù)為：6×1／6×2+2×1／2+3=6個(gè)。具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)的金屬有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti、α-Co等。圖2-6密排六方晶胞

第三節(jié)晶體學(xué)概念1.3.1晶胞中的原子數(shù)體心立方：面心立方：密排六方：1.3.2原子半徑1.3.3配位數(shù)和致密度配位數(shù)：指晶體結(jié)構(gòu)中與任一個(gè)原子最近鄰且等距離的原子數(shù)目。體心立方晶體8個(gè)，面心立方12個(gè)，密排六方12個(gè)，所以面心立方和密排六方致密度高致密度分別為0.68、0.74、0.741.3.4晶體中原子的排列方式（略）1.3.5晶體結(jié)構(gòu)中的間隙三種典型晶體結(jié)構(gòu)的四面體間隙、八面體間隙（圖1-13,1-14,1-15）間隙半徑與原子半徑之比rB/rA=?（見(jiàn)表1-2）可見(jiàn)面心立方結(jié)構(gòu)八面體間隙比體心立方結(jié)構(gòu)四面體間隙還大，因此溶碳量大。三、晶面和晶向的表示方法1.晶面：在晶體中，由一系列原子所組成的平面稱為晶面。2.晶向：任意(兩個(gè)原子之間連線)一列原子所指的方向稱為晶向。3.晶面指數(shù)和晶向指數(shù)：為了分析的方便，通常用一些晶體學(xué)指數(shù)來(lái)表示晶面和晶向，分別稱為晶面指數(shù)和晶向指數(shù)，其確定方法如下。（1）晶面指數(shù)(indicesofclystalfaces)晶面指數(shù)的確定步驟如下：①選取三個(gè)晶軸為坐標(biāo)系的軸，各軸分別以相應(yīng)的點(diǎn)陣常數(shù)為量度單位；②從欲確定的晶面組中，選取一個(gè)不通過(guò)原點(diǎn)的晶面，找出它在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距；

3取各截距的倒數(shù)，按比例化為簡(jiǎn)單整數(shù)h、k、l，而后用括號(hào)括起來(lái)成（h、k、l），即為所求晶面的指數(shù)。當(dāng)某晶面與一晶軸平行時(shí)，它在這個(gè)軸上的截距可看成是∞，則相應(yīng)的指數(shù)為0。當(dāng)截距為負(fù)值時(shí)，在相應(yīng)的指數(shù)上邊加以負(fù)號(hào)。由于對(duì)稱關(guān)系，晶體中等同的晶面，即原子或分子排列相同的晶面，往往不只一組，例如立方系中和（111）面等同的還有三組，即(i11)、(1i1)、(11i)等。這四組合稱一個(gè)晶面族或晶面系，取其中之一的指數(shù)，用大括號(hào)括上而成｛111｝來(lái)表示這個(gè)晶面族。推而廣之，則可用｛hkl｝來(lái)泛指各晶面族。（2）晶向指數(shù)(oritantionindex)

晶向指數(shù)的確定步驟如下：①以晶胞的三個(gè)棱邊為坐標(biāo)軸x、y、z，以棱邊長(zhǎng)度(即晶格常數(shù))作為坐標(biāo)軸的長(zhǎng)度單位；②通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)作一與所求晶向平行的另一晶向；3求出這個(gè)晶向上任一質(zhì)點(diǎn)的矢量在三個(gè)坐標(biāo)標(biāo)軸上的分量(即求出任一質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù))：④將此數(shù)按比例化為簡(jiǎn)單整數(shù)u、v、w，而后用方括號(hào)括起來(lái)成[uvw]，即得所求的晶向指數(shù)。如坐標(biāo)數(shù)為負(fù)值，即在相應(yīng)指數(shù)上邊加負(fù)號(hào)，例如[uvw]。與晶面相似，晶體中的相似晶向，即線周期等同的晶向，也是成族出現(xiàn)的，稱之為晶向族，以<uvw>來(lái)表示。在立方晶系中，晶面指數(shù)與晶向指數(shù)在數(shù)值上完全相同或成比例時(shí)，它們是互相垂直的，例如[111](111)，如圖1.9所示。晶向[UVW]與晶面｛hkl｝之間各指數(shù)滿足式(1-1)：

hU十kV十lW=0(1—1)1.3.7.3六方晶系晶面及晶向指數(shù)的標(biāo)定（略）1.3.7.4晶帶、晶面間距（略）1.4合金的相結(jié)構(gòu)1.4.1、合金的基本概念1、合金：由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素熔合在一起，形成具有金屬特性的物質(zhì)。2、組元：組成合金的獨(dú)立的、最基本的單元。3、合金系：由二個(gè)或二個(gè)以上的組元按不同的含量配制的一系列不同成分的合金。4、相：合金中凡是結(jié)構(gòu)、成分和性能相同并且與其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。5、組織：用金相分析的方法，觀察到的具有某種特征的合金組成物。實(shí)質(zhì)上它是一種或多種相按一定的方式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體的總稱。合金的性能由組織決定，而組織由相組成。1.4.2合金相結(jié)構(gòu)合金中有兩類基本的相結(jié)構(gòu)，固溶體和金屬間化合物。

1.4.2.1、固溶體合金在固態(tài)下，合金組元之間通過(guò)溶解而形成的一種成分和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體。溶劑+溶質(zhì)一種固相能夠保持其原有晶格類型并與固溶體晶格相同的組元稱為溶劑。失去原有晶格類型的組元稱為溶質(zhì)，一般在合金中含量較少。A、B組元組成的固溶體也可表示為A(B),其中A為溶劑,B為溶質(zhì)。例如銅鋅合金中鋅溶入銅中形成的固溶體一般用α表示,亦可表示為Cu(Zn)。固溶體特性：1固溶體成分可以在一定范圍內(nèi)變化，在相圖上表現(xiàn)為一個(gè)區(qū)域。2固溶體必須保持溶劑組元的點(diǎn)陣類型。3純金屬結(jié)構(gòu)有哪些類型，固溶體也應(yīng)有哪些類型，即固溶體本身沒(méi)有獨(dú)立的點(diǎn)陣類型。4組元的原子尺寸不同會(huì)引起的點(diǎn)陣畸變，原子尺寸相差越大，引起的畸變也越大。一、固溶體的分類1.按溶劑分類(1)一次固溶體：以純金屬組元作為溶劑的固溶體稱為一次固溶體，也叫邊際固溶體。(2)二次固溶體：以化合物為溶劑的固溶體稱二次固溶體，或叫中間固溶體。如電子化合物、間隙相。有的化合物和化合物之間，也可以相互溶解而組成固溶體，如Fe3C和Mn3C，TiC和TiN等。2按固溶度(溶解度)分類(1)有限固溶體：溶質(zhì)組元在固溶體內(nèi)的濃度只能在一個(gè)有限度的范圍內(nèi)變化，這個(gè)限度叫固溶極限，也叫固溶度或溶解度，超過(guò)這個(gè)限度，就會(huì)有其他合金相(另一種固溶體或化合物)形成。(2)無(wú)限固溶體：當(dāng)固溶體的固溶度達(dá)到100％時(shí)，即溶質(zhì)能以任何比例溶入溶劑時(shí)，就叫無(wú)限固溶體或連續(xù)固溶體。一次無(wú)限固溶體：Cu-Ni系、Ag-Au系、Cu-Au系、Ti-Zr系、Mg-Cd系等。二次無(wú)限固溶體：TiC-ZrC、TiC-VC、TiC-NbC、VC-NbC、ZrC-NbC以及TiC-TiN等。3根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置，可將固溶體分為：間隙固溶體和置換固溶體置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)在溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)上，使晶格上的某些溶劑原子被置換而形成的固溶體。間隙固溶體溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格中的間隙之中形成的固溶體。間隙固溶體置換固溶體4.按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對(duì)分布進(jìn)行分類(1)無(wú)序固溶體：溶質(zhì)原子統(tǒng)計(jì)式地或隨機(jī)地分布在溶劑晶體點(diǎn)陣中，它或占據(jù)著與溶劑一些位置，或占據(jù)著溶劑原子間的間隙?？床怀鲇惺裁从行蛐曰蛞?guī)律性，這類固溶體叫無(wú)序固溶體。(2)有序固溶體：當(dāng)溶質(zhì)原子按適當(dāng)比例并按一定順序和一定方向，圍繞著溶劑原子分布。既可以是代位式的有序，也可以是間隙式的有序。有的固溶體由于有序化引起結(jié)構(gòu)類型的變化，有的書(shū)中將有序固溶體列入中間相。二、固溶體的性能固溶體與純金屬相比強(qiáng)度、硬度升高。這種通過(guò)形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。它是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。固溶體的強(qiáng)度和塑性、韌性之間有較好的配合，所以，其綜合力學(xué)性能較好，常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相固溶體與純金屬相比電阻率上升，導(dǎo)電率下降等。固溶強(qiáng)化的原因

由于溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬滑移變形變得更加困難，變形抗力增大，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。

溶質(zhì)原子溶入→晶格畸變→位錯(cuò)遠(yuǎn)動(dòng)阻力上升→金屬塑性變形困難→強(qiáng)度、硬度升高。1．4．2.2金屬化合物中間相：構(gòu)成合金的各組元間超過(guò)固溶體的最大溶解度時(shí)，可能形成新的化合物—稱為中間相。金屬化合物：中間相除了離子鍵、共價(jià)鍵外，金屬鍵也參與作用，因而它具有一定的金屬性質(zhì)，叫做金屬化合物。金屬化合物的晶格類型和性能均不同于任一組元?？捎没衔锏幕瘜W(xué)分子式表示。碳鋼中的Fe3C、黃銅中的CuZn、鋁合金中的CuAl2等。金屬化合物一般均具有較高的熔點(diǎn)和硬度。使合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及耐熱性提高(但塑性韌性有所降低)。金屬化合物的三種類型：服從原子價(jià)規(guī)律的正常價(jià)化合物；決定于電子濃度的電子化合物；小尺寸原子與過(guò)渡族金屬之間形成的間隙相和間隙化合物。一、正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物的組元之間的結(jié)合服從原子價(jià)規(guī)律，它們的成分可以用分子式表達(dá)，通常有AB、AB2(或A2B)、A3B2等類型。通常是由金屬元素與周期表中非金屬性較強(qiáng)的第Ⅳ、V、Ⅵ族元素所組成。包括從離子鍵、共價(jià)鍵過(guò)渡到金屬鍵為主的一系列化合物，例如Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MnS等，其中Mg2Si是鋁合金中常見(jiàn)的強(qiáng)化相。正常價(jià)化合物通常具有較高的硬度和脆性。二、電子化合物1.電子化合物：按照一定電子濃度的比形成的化合物。不遵守原子價(jià)規(guī)律。2.由第Ⅰ族或過(guò)渡族金屬元素與第Ⅱ至第V族金屬元素形成的金屬化合物，3.電子化合物的晶體結(jié)構(gòu)取決于合金的電子濃度，一定的電子濃度對(duì)應(yīng)一定的晶體結(jié)構(gòu)。例如電子濃度為3／2(21/14)時(shí)，為體心立方晶格，簡(jiǎn)稱為β相；電子濃度為21／13時(shí)，為復(fù)雜立方晶格，稱為γ相；電子濃度為7／4(21/12)時(shí)，為密排六方晶格，稱為ε相。4.電子化合物可以用化學(xué)式表示，是以化合物為基的固溶體。5.電子化合物中原子之間多為金屬鍵結(jié)合，是所有化合物中金屬性最強(qiáng)的。6.它的熔點(diǎn)和硬度都很高，脆性很大，但塑性很低。在有色金屬材料中，電子化合物是重要的強(qiáng)化相。三、間隙相和間隙化合物1.間隙化合物主要受組元的原子尺寸因素控制。通常由過(guò)渡族金屬與原子甚小的非金屬元素H、N、C、B形成化合物，它們具有金屬的性質(zhì)、很高的熔點(diǎn)和極高的硬度。如FeC、Cr23C6、Cr7C3、WC、M02C、VC等都是間隙化合物。2.根據(jù)非金屬元素(以X表示)與金屬元素(以M表示)原子半徑的比值，可將其分為兩類：（1）間隙相：當(dāng)Rx／RM<0.59時(shí)，化合物具有比較簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)，稱為簡(jiǎn)單間隙化合物(或間隙相)；（2）復(fù)雜間隙化合物：當(dāng)Rx／RM>0.59時(shí)，其結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，稱為復(fù)雜間隙化合物(或間隙化合物)。由于H、N的原子半徑較小，所以過(guò)渡族金屬的氫化物和氮化物都是間隙相。B的原子最大，所以過(guò)渡族金屬的硼化物都是間隙化合物。C的原子半徑比H、N大，但比B小，所以一部分碳化物是間隙相，另一部分是間隙化合物。1.間隙相（1）間隙相具有比較簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)，間隙相具有面心立方、體心立方、簡(jiǎn)單六方、密排六方四種晶格類型。（2）金屬原子位于晶格的正常位置上，非金屬原子則位于該晶格的間隙位置，從而構(gòu)成了一種新的晶體結(jié)構(gòu)。間隙相可以用簡(jiǎn)單的分子式表示，如M4X、M2X、MX、MX2。（3）由于間隙相的晶格中的間隙未被填滿，即非金屬原子占據(jù)的位置出現(xiàn)空位，稱為缺位固溶體。（4）在面心立方結(jié)構(gòu)中，形成間隙相有MX、MX2。M2X中金屬原子通常密排六方結(jié)構(gòu)排列，但也有形成面心立方的。（4）間隙相可以溶解組元元素，也可以溶解其他間隙相。甚至可以形成無(wú)限固溶體。如TiC-ZrC、TiC-VC、ZrC-NbC、VC-TaC、VC-NbC、VC-TaC等。（5）間隙相與間隙固溶體之間有著本質(zhì)的區(qū)別：間隙相是一種化合物，具有與其組元完全不同的晶體結(jié)構(gòu)，間隙固溶體仍保持著溶劑組元的晶格類型。（6）間隙相具有極高的熔點(diǎn)和硬度，但很脆。（7）許多間隙相具有明顯的金屬特性，如金屬的光澤、較高的導(dǎo)電性、正的電阻溫度系數(shù)等。（8）間隙相的高硬度在一些合金工具鋼和硬質(zhì)合金中得到了應(yīng)用。制備獲取硬質(zhì)合金或粉末冶金制品。利用沉積、濺射等涂層方法，使工具和零件表面形成含有間隙相薄層，顯著增加鋼的表面硬度和耐磨性，延長(zhǎng)零件使用壽命。2、間隙化合物（1）間隙化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。如Cr、Mn、Fe的碳化物。（2）合金鋼中間隙化合物有M3C型(如Fe3C、Mn3C)、M7C3型(如Cr7C3)、M23C6型(如Cr23C6)、M6C型(如Fe3W3C、Fe4W2C)等。（3）Fe3C是鋼鐵材料中一種基本組成相，稱為滲碳體。其中Fe原子可被Mn、Cr、Mo、w等原子所置換，形成以間隙化合物為基的固溶體，如(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C等。某些原子半徑較小的非金屬元素，可處于C原子的位置上，如Fe3(C、N)等，這種以滲碳體為基的金屬間化合物稱為合金滲碳體。滲碳體的硬度為950HV-1050HV。（4）M23C6多是以鉻為主的碳化物Cr23C6形式存在。常存在于高合金工具鋼、不銹鋼以及鐵基、鎳基高溫合金中。部分Cr可被Fe、Mo、W等原子所置換，如(Cr、Fe)23C6、Cr21M02C6或(Cr、Mo、W)23C6等。Cr23C6的熔點(diǎn)較低，與Fe的熔點(diǎn)在同一數(shù)量級(jí)，硬度約為1050HV。（5）M6C也是一種常見(jiàn)的碳化物類型。例如M為Mo、W等元素。是高速工具鋼中的重要組成相，在一些含W和Mo的耐熱鋼或高溫合金中也會(huì)出現(xiàn)，具有較高的硬度，約為1000HV。3、拓?fù)涿芏严嘣趩卧亟M成的晶體中，由等徑剛球模型堆積所能得到的最密集結(jié)構(gòu)就是面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)，致密度0.74及配位數(shù)12已是最大值，結(jié)構(gòu)中存在著較大的八面體間隙和較小的四面體間隙。當(dāng)組成合金的異類原子尺寸不同時(shí)，采用大、小兩種剛球的適當(dāng)配合，可得到主要為四面體間隙而八面體間隙很少或沒(méi)有的復(fù)雜相結(jié)構(gòu)，即按拓?fù)鋵W(xué)的配合規(guī)律形成空間利用率很高和配位數(shù)超過(guò)12(如12、14、15、16等)的一類化合物，由于其結(jié)構(gòu)具有拓?fù)鋵W(xué)特點(diǎn)而被稱之為拓?fù)涿芏?TopologicallyClose-Packed)相，簡(jiǎn)稱TCP相。1.5實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用的金屬材料中，原子的排列不可能像理想晶體那樣規(guī)則和完整，總是不可避免地存在一些原子偏離規(guī)則排列的不完整性區(qū)域，金屬學(xué)中將這種原子組合的不規(guī)則性，統(tǒng)稱之為結(jié)構(gòu)缺陷，或晶體缺陷。根據(jù)缺陷相對(duì)于晶體的尺寸，或其影響范圍的大小，可將它分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷。1.5.1、點(diǎn)缺陷（空位和間隙原子）點(diǎn)缺陷是指在三維尺度上都很小的,不超過(guò)幾個(gè)原子直徑的缺陷。

（1）空位：晶格中某個(gè)原子脫離了平衡位置，形成空結(jié)點(diǎn)，稱為空位?？瘴桓浇脑訒?huì)偏離正常結(jié)點(diǎn)位置,造成晶格畸變?？瘴坏拇嬖谟欣诮饘賰?nèi)部原子的遷移（即擴(kuò)散）。（2）間隙原子：位于晶格間隙之中的原子

，稱為間隙原子。間隙原子會(huì)造成其附近晶格的很大畸變。（3）置換原子：材料中總存在著一些其它元素的雜質(zhì)，它們可以形成間隙原子，也可能取代原來(lái)原子的位置，成為置換原子，它們都會(huì)導(dǎo)致附近晶格的畸變。三種點(diǎn)缺陷的形態(tài)見(jiàn)圖?？瘴弧㈤g隙原子和外來(lái)原子都是晶格的點(diǎn)缺陷。它們破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱為晶格畸變。點(diǎn)缺陷的存在，提高了材料的硬度和強(qiáng)度，降低了材料的塑性和韌性。

晶體中的點(diǎn)缺陷

1、2－空位；3、4－間隙原子；5、6－置換原子1.5.2線缺陷（位錯(cuò)）線缺陷指兩維尺度很小而第三維尺度很大的缺陷。晶體中最普通的線缺陷就是位錯(cuò)，它是在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。這種錯(cuò)排現(xiàn)象是晶體內(nèi)部局部滑移造成的，根據(jù)局部滑移的方式不同，可以形成不同類型的位錯(cuò)，圖所示為常見(jiàn)的一種刃型位錯(cuò)。在金屬晶