金属的晶体结构实际情况分析

1.多晶体结构与亚晶粒

如果一块晶体内部的晶格位向（即原子排列的方向）完全一致，称这块晶体为单晶体。目前，只有采用特殊方法才能得到单晶体。实际使用的金属材料，哪怕是在很小体积中也包含有许多形状不规则、呈颗粒状的小晶体，每个小晶体内部的晶格位向都是一致的，而各小晶体之间位向却不相同，如图2⁃5所示。这种外形不规则，呈颗粒状的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。

实践证明，在多晶体的每个晶粒内部，晶格位向也并不像理想晶体那样完全一致，而是存在许多晶格位向差小于2～3°的小晶块，这些小晶块称为亚晶粒，一个晶粒就是由许多亚晶粒组成的。亚晶粒之间的界面称为亚晶界。这种具有亚晶粒与亚晶界的组织称为亚组织，如图2-6所示。

图2-5 金属的多晶体结构示意图

图2-6 金属的亚组织结构示意图

2.晶体缺陷

实际上，金属晶体内部原子排列并不像理想晶体那样规则和完整，在晶体内部某些局部区域内，由于各种原因使原子的规则排列遭到破坏，常把这种区域称为晶体缺陷。晶体缺陷的存在，对金属性能有很大影响。例如，按理想的晶体对金属进行理论计算所得的屈服点要比实际测得的数值高出三个数量级左右。根据晶体缺陷的几何特点，可将晶体缺陷分为以下三种。

（1）点缺陷　点缺陷是指在晶体中长、宽、高尺寸都很小的一种缺陷。最常见的缺陷是晶格空位和间隙原子。原子空缺的位置叫空位；存在于晶格间隙位置的原子叫间隙原子，如图2-7所示。(www.zuozong.com)

图2-7 晶格空位和间隙原子示意图

（2）线缺陷 线缺陷是指在晶体中呈线状分布（在一维方向上的尺寸很大，而在别的方向上则很小）原子排列不均衡的晶体缺陷，如图2-8所示。这种缺陷主要是指各种类型的位错。所谓位错是指晶格中一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。由于位错存在，造成金属晶格畸变，并对金属的性能，如强度、塑性、疲劳性能、原子扩散、相变过程等产生严重影响。

（3）面缺陷 面缺陷是指在二维方向上尺寸很大，在第三个方向上的尺寸很小，呈面状分布的缺陷，如图2-9所示。通常面缺陷是指晶界。在晶界处，由于原子呈不规则排列，使晶格处于畸变状态，它在常温下对金属的塑性变形起阻碍作用，从而使金属材料强度和硬度有所提高。

图2-8 刃型位错示意图

图2-9 晶界过渡结构示意图