典型的金属晶体结构

金属的原子按一定方式有规则地排列成一定空间几何形状的结晶格子，称为晶格。由于晶体中原子有规则排列且具有周期性的特点，通常从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞，如图2-1所示，整个晶格就是由许多大小、形状和位向的晶胞在空间重复堆积而形成的。

图2-1　晶胞表示方法

金属的晶格常见的有体心立方晶格和面心立方晶格，如图2-2所示。

体心立方晶格的立方体的中心和8个顶点各有一个铁原子，具有体心立方晶格的金属有α Fe、Cr、W、Mo、V等元素。

面心立方晶格的立方体的8个顶点和6个面的中心各有一个铁原子，具有面心立方晶格的金属有γ Fe、γ Mn、Al、Cu、Au、Ag、Pb、Ni等元素。

图2-2　典型的金属晶体结构

（a）体心立方晶格；（b）面心立方晶格

相对而言，同一种金属具有体心立方晶格的延展性要比具有面心立方晶格的差，而同一种金属具有面心立方晶格的导热性要比具有体心立方晶格的差，同时具有较高膨胀系数。

铁元素属于立方晶格，随着温度的变化，铁可以由一种晶格转变为另一种晶格。这种晶格的转变称为同素异晶转变。纯铁在常温下是体心立方晶格（称为α Fe）；当温度升高到912℃时，纯铁的晶格由体心立方晶格转变为面心立方晶格（称为γ Fe）；再升温到1394℃时，面心立方晶格又重新转变为体心立方晶格（称为δFe），然后一直保持到纯铁的熔化温度，如图2-3所示。

图2-3　纯铁的同素异晶转变过程

纯铁的这种特性非常重要，是钢材所以能通过各种热处理方法来改变其内部组织，从而改善性能的内在因素之一，也是焊接热影响区中各个区域与母材相比，具有不同组织和性能的原因之一。