图2.26中的Cu晶胞示意了该类晶体结构。它属于面心立方点阵(fcc)、等轴晶系,空间群为Fm3m。其Strukturbericht符号为A1,Pearson符号为cF4。每个晶胞有4个原子,表示为Z=4。这四个原子的坐标分别是(0,0,0)、(0.5,0.5,0)、(0,0.5,0.5)、(0.5,0,0.5)。该型晶体的滑移系统由最密排面{111}和最密排方向〈110〉方向组成。该类晶体有4个不同取向的(111)面,每个面上有3个密排方向,因此它共有12个晶体学上的滑移系统。当然,滑移系统还与温度、合金元素有关。属于这种结构的晶体有Ag、Au、Al、γ-Fe、Cu、Ni等。
铜(Cu)是有色金属,其全世界产量仅次于Fe、Al,晶格常数a=3.61Å,熔点为1084℃,密度为8.96 g/cm3。工业上使用的纯铜,其铜的质量分数为99.70%~99.95%。通常它呈玫瑰红,当表面形成Cu2O膜时呈紫红色,故又称为紫铜。纯铜坚韧、柔软、富有延展性。1 g铜可以被拉成3000 m长的细丝,或压成十几平方米几乎透明的铜箔。纯铜具有优良的导电性和导热性。这些性能仅次于Ag。它还有良好的耐蚀性(抗大气和海水腐蚀)。因此,铜主要用于制作各种导电材料(电线)、导热材料(冷却水管)及各种铜合金(黄铜、青铜、白铜等)。
黄铜(brass)是以Zn为主要合金元素的铜锌合金,因色黄而得名。黄铜的机械性能和耐磨性能都很好,可用于制造精密仪器、枪炮的弹壳等。黄铜敲起来声音好听,因此锣、铃等乐器都用黄铜制作。白铜(copper-nickel alloy)是以Ni为主要合金元素的铜镍的合金,其色泽和银一样且不易生锈。白铜常用于制造硬币、仪表。青铜(bronze)是以Zn、Ni以外的其他元素为主要合金元素的铜合金。青铜一般具有较好的耐腐蚀性、耐磨性而常用于制造精密轴承、船舶上抗海水腐蚀的机械零件等。世界上现存的罕见大型青铜器——后母戊鼎说明我国在商代时的青铜冶炼技术已比较发达。(www.daowen.com)
铝(Al)也是有色金属。工业纯铝含铝量为99%~99.99%。其晶格常数a=4.05Å,熔点为660℃,密度为2.70 g/cm3。纯铝的导电性、导热性很高,仅次于Ag、Au、Cu。铝的反射性能好,既可反射可见光,也可反射紫外线。在空气中,铝的表面可生成致密氧化膜,故在大气中,铝有良好的耐蚀性。纯铝主要用于:代替贵重铜合金制作导线;配制各种铝合金以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具。铝合金的比强度(即强度/密度)达214kN·m/kg左右,通过加工硬化可提高铝合金的强度。
铁(Fe)属于黑色金属。α-Fe、γ-Fe和碳是钢铁材料中的常见物质。其中,γ-Fe属于Cu型结构,其晶格常数a=3.65Å。α-Fe与γ-Fe之间的转变,以及碳原子在它们内部空隙中的变化使得钢铁材料的性能(如强度、韧性等)比较优越。少量碳溶于γ-Fe中称为奥氏体(austenite)。理论上碳原子可进入γ-Fe中的全部八面体空隙。碳原子在γ-Fe中的质量分数理论上可达17.6%。但由于碳原子半径大,不能进入所有八面体空隙,故碳原子在γ-Fe中的质量分数只能达到2.11%。与α-Fe相比,γ-Fe的溶碳能力较大,加上fcc晶体滑移系统较多,形成的奥氏体可塑性强,硬度较高(布氏硬度约160~200 HB),因而奥氏体具有一定韧性,但无磁性。
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