你真的得能讲清楚什么是金属材料的微观组织结构吗？（ 金属材料科学与技术）

当我们描述金属的结构时，我们应该区别其晶体结构(Crystal Structure)和微观组织结构(Microstructure)。晶体结构主要用来表示一个晶胞(Unite cell)内原子的平均位置，它由晶格类型和原子的分数坐标（例如，通过X射线衍射确定）确定。换句话说，晶体结构主要用来在原子尺度描述材料的形貌。相比之下，微观组织结构是在微米—厘米尺度范围内描述材料的形貌特征。微观组织结构的一个合理的定义是：“材料内部相(Phase)和缺陷(Defect)的排布。”

微观组织结构的观察可以采用一系列的显微镜进行。在不同尺度下观察一个特定的材料的微观组织结构特征时通常会发现差异很大。基于这一原因，在描述材料的微观结构时，最重要的是首先确定观察的尺度范围。如果尺度范围选择不当，就很难得到你想要的结果，也不利于你对材料某些特性的理解和分析。材料微观组织结构的产生和观察是一门非常重要的知识，需要认真理解和领会。

陨石的微观组织结构‍

这里需要着重指出，材料的微观组织结构影响材料的物理特性和行为。我可以通过控制材料的微观组织结构达到设计材料性能的目的。天然矿物结构可以提供其复杂的历史信息。微观组织结构学是所有材料和矿物科学的组成部分。

知道“微观组织结构(Microstructure)”“相(Phase)”“组分(Component)”“缺陷(Defect)”的定义吗？

钢的微观组织结构

您知道如何观察材料的微观组织结构吗？光学显微镜的放大倍数和成像原理？普通扫描电子显微镜放大倍数和成像原理？冷场发射扫描电子显微镜的放大倍数和成像原理？透射电子显微镜的放大倍数和成像原理？

花粉的微观组织结构

你知道金属材料的微观组织结构是怎么形成的吗？你了解铸造、冷加工、热处理分别如何影响金属材料的微观组织结构吗？

相，通常被认为是材料中具有不同的晶体结构和/或不同化学成分的部分，金属材料中不同的相之间是通过不同的界面分离开的。一种具有特定化学成分的纯物质通常被认为是由一个化学组分构成。一些材料的化学成分可以在两个或多个极端之间连续变化。这些材料通常必须含有两个或更多的组分。注意一种多组分材料可以以单相的形式存在，前提是不同组分的原子可以在固相状态(Solid state)紧密混合，这种混合体(Mixtures)被称为固溶体(Solid solution)。

孪晶界形貌

缺陷，通常被定义为晶体结构周期性的任何中断(Disruption)。点缺陷，如空位(Vacancies)和间隙(Interstitials)。面缺陷(Planar defects)，如表面(Surfaces)、孪晶界(Twin boundaries)和晶界(Grain boundaries)以及位错(Dislocation)等。

‍‍空位缺陷示意图 

微观组织结构是在不同工艺条件下产生的。微观组织结构通常是通过温度或/和压力的变化带来的相变产生的。材料的变形或加工(滚压(Rolling)、锻造(Pressing)、焊接(Welding))也可以带来微观组织结构的变化。最后，微观组织结构还可以通过人工将不同材料组合到一起形成复合材料(Composite material)的方式创造出来，如纤维增强复合材料。

铜合金焊缝区微观组织结构

凝固，是晶体从熔融状态向固态转变的过程，其中伴随着晶体的形核和长大。在凝固温度点以下，一小簇原子结合到一起，形成一个小的晶体颗粒称为晶核(Nucleus)。最终，单个的晶核长大成为晶体中的一个晶粒(Grain)。当不同的晶粒在长大的过程中相遇就会形成晶界(Grain boundary)。因为每一个晶粒的取向不同，所以相邻的晶粒取向也是不同的，这样多晶体材料通常不表现出各向异性。

一个多组分材料可能以单相存在，前提是所有组分之间可以无限互溶，形成固溶体(Solid solution)。在许多材料中，可混溶性(Miscibility)的程度是有限度的，可混溶性与温度密切相关。一种材料在较高的温度下很容易形成单相固溶体，但在较低温度下却会脱溶形成两相。这一过程被称为相分离，脱溶(Exsolution)和沉淀(Precipitation)。

珠光体两相微观组织

前人已经在铁镍陨石中看到了这种现象。当溶体内部组分之间有限互溶在凝固时，不同的相在冷却过程中凝固的温度不同。在一些情况下，不同的相同时生成并且紧密共生形成复合物，一种很漂亮的微观组织结构。