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硬度知识
一、硬度介绍：
硬度表示材料抵御硬物体压入其表面能力。它是金属材料关键性能指标之一。通常硬度越高，耐磨性越好。常见硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1.布氏硬度(HB)
以一定载荷(通常3000kg)把一定大小(直径通常为10mm)淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷和其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为千克力/mm2 (N/mm2)。
2.洛氏硬度(HR)
当HB>450或试样过小时，不能采取布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料硬度。依据试验材料硬度不一样，分三种不一样标度来表示：
· HRA：是采取60kg载荷和钻石锥压入器求得硬度，用于硬度极高材料(如硬质合金等)。
· HRB：是采取100kg载荷和直径1.58mm淬硬钢球，求得硬度，用于硬度较低材料(如退火钢、铸铁等)。
· HRC：是采取150kg载荷和钻石锥压入器求得硬度，用于硬度很高材料(如淬火钢等)。
3 维氏硬度(HV)
以120kg以内载荷和顶角为136°金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑表面积除以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。

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注：
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中A、B、C为三种不一样标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。
   洛氏硬度试验是现今所使用多个一般压痕硬度试验之一，三种标尺初始压力均为98.07N(合10kgf)，最终依据压痕深度计算硬度值。标尺A使用是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用是直径为1.588mm(1/16英寸)钢球作为压头，然后加压至980.7N(合100kgf)；而标尺C使用和标尺A相同球锥菱形作为压头，但加压后力是1471N(合150kgf)。所以标尺B适用相对较软材料，而标尺C适用较硬材料。
   实践证实，金属材料多种硬度值之间，硬度值和强度值之间含有近似对应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定，材料强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但多种材料换算关系并不一致。本站《硬度对照表》一文对钢不一样硬度值换算给出了表格，请查阅。
##############################################################################################

二、硬度对照表：
依据德国家标准准DIN50150,以下是常见范围钢材抗拉强度和维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度对照表。

抗拉强度
Rm
N/mm2
维氏硬度
HV
布氏硬度
HB
洛氏硬度
HRC
250
80
76.0
-
270
85
80.7
-
285
90
85.2
-
305
95
90.2
-
320
100
95.0
-
335
105
99.8
-
350
110
105
-
370
115
109
-
380
120
114
-
400
125
119
-
415
130
124
-
430
135
128
-
450
140
133
-
465
145
138
-
480
150
143
-
490
155
147
-
510
160
152
-
530
165
156
-
545
170
162
-
560
175
166
-
575
180
171
-
595
185
176
-
610
190
181
-
625
195
185
-
640
200
190
-
660
205
195
-
675
210
199
-
690
215
204
-
705
220
209
-
720
225
214
-
740
230
219
-
755
235
223
-
770
240
228
20.3
785
245
233
21.3
800
250
238
22.2
820
255
242
23.1
835
260
247
24.0
850
265
252
24.8
865
270
257
25.6
880
275
261
26.4
900
280
266
27.1
915
285
271
27.8
930
290
276
28.5
950
295
280
29.2
965
300
285
29.8
995
310
295
31.0
1030
320
304
32.2
1060
330
314
33.3
1095
340
323
34.4
1125
350
333
35.5
1115
360
342
36.6
1190
370
352
37.7
1220
380
361
38.8
1255
390
371
39.8
1290
400
380
40.8
1320
410
390
41.8
1350
420
399
42.7
1385
430
409
43.6
1420
440
418
44.5
1455
450
428
45.3
1485
460
437
46.1
1520
470
447
46.9
1555
480
(456)
47.7
1595
490
(466)
48.4
1630
500
(475)
49.1
1665
510
(485)
49.8
1700
520
(494)
50.5
1740
530
(504)
51.1
1775
540
(513)
51.7
1810
550
(523)
52.3
1845
560
(532)
53.0
1880
570
(542)
53.6
1920
580
(551)
54.1
1955
590
(561)
54.7
1995
600
(570)
55.2
2030
610
(580)
55.7
2070
620
(589)
56.3
2105
630
(599)
56.8
2145
640
(608)
57.3
2180
650
(618)
57.8

660

58.3

670

58.8

680

59.2

690

59.7

700

60.1

720

61.0

740

61.8

760

62.5

780

63.3

800

64.0

820

64.7

840

65.3

860

65.9

880

66.4

900

67.0

920

67.5

940

68.0

硬度试验是机械性能试验中最简单易行一个试验方法。为了能用硬度试验替换一些机械性能试验，生产上需要一个比较正确硬度和强度换算关系。
实践证实，金属材料多种硬度值之间，硬度值和强度值之间含有近似对应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定，材料强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。
下面是本站依据由试验得到经验公式制作快速计算器，有一定实用价值，但在要求数据比较正确时，仍需要经过试验测得。

三、硬度換算公式
1.肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12
2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15
3.勃式硬度(BHN)= 洛克式硬度(HV)
4.洛式硬度(HRC)= 勃式硬度(BHN)/10-3

硬度測定範圍:
HS<100
HB<500
HRC<70
HV<1300

洛氏硬度    布氏硬度HB10/3000 维氏硬度  
HV HRC HRA
59 580 7676
59 080 5666
58 580 2655
58 080 0645
57 579 7635
57 079 5625
56 579 2615
56 078 9605
55 578 6596
55 078 4538587
54 578 1532578
54 077 9526569
53 576 6520560
53 076 3515551
52 576 1509543
52 076 9503535
51 576 6497527
51 076 3492520
50 576 1486512
50 075 8480504

硬度換算表
HV
HRC
HBS

HV
HRC
HBS

HV
HRC
HBS
940
68

560
53

300
29.8
284
920
67.5

550
52.3
505
295
29.2
280
900
67

540
51.7
496
290
28.5
275
880
66.4

530
51.1
488
285
27.8
270
860
65.9

520
50.5
480
280
27.1
265
840
65.3

510
49.8
473
275
26.4
261
820
64.7

500
49.1
465
270
25.6
256
800
64

490
48.4
456
265
24.8
252
780
63.3

480
47.7
448
260
24
247
760
62.5

470
46.9
441
255
23.1
243
740
61.8

460
46.1
433
250
22.2
238
720
61

450
45.3
425
245
21.3
233
700
60.1

440
44.5
415
240
20.3
228
690
59.7

430
43.6
405
230
18

680
59.2

420
42.7
397
220
15.7

670
58.8

410
41.8
388
210
13.4

660
58.3

400
40.8
379
200
11

650
57.8

390
39.8
369
190
8.5

640
57.3

380
38.8
360
180
6

630
56.8

370
37.7
350
170
3

620
56.3

360
36.6
341
160
0

610
55.7

350
35.5
331

600
55.2

340
34.4
322

590
54.7

330
33.3
313

580
54.1

320
32.2
303

570
53.6

310
31
294

附录G 钢硬度值换算（续）

表1 钢维氏硬度（HV）和其它硬度和强度近似换算值a（续）
维
氏
硬
度
布氏硬度
10－mm钢球
3000－kg负荷b
洛氏硬度b
表面洛氏硬度
表面金刚石圆锥压头
肖
氏
硬
度
抗拉强度
（近似值）
Mpa
(1000psi)
维
氏
硬
度
标准
钢球
钨－硬质
合金钢球
A. 标尺
60-kg负荷
金刚圆锥压头
· 标尺
100-kg负荷
金刚圆锥压头
· 标尺
100-kg负荷
金刚圆锥压头
· 标尺
100-kg负荷
金刚圆锥压头
15-N
标尺
15－kg
负荷
30-N
标尺
30－kg
负荷
45-N
标尺
45-kg
负荷
HV
HBS
HBW
HRA
HRB
HRC
HRD
HR15N
HR30N
HR45N
HS
σb
HV
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
370
360
350
340
330
320
310
300
295
290
285
280
275
270
265
260
255
250
245
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
95
90
85
350
341
331
322
313
303
294
284
280
275
270
265
261
256
252
247
243
238
233
228
219
209
200
190
181
171
162
152
143
133
124
114
105
95
90
86
81
350
341
331
322
313
303
294
284
280
275
270
265
261
256
252
247
243
238
233
228
219
209
200
190
181
171
162
152
143
133
124
114
105
95
90
86
81
69.2
68.7
68.1
67.6
67.0
66.4
65.8
65.2
65.8
64.5
64.2
63.8
63.5
63.1
62.7
62.4
62.0
61.6
61.2
60.7
－
－
－
－
－
－
－
－
－
―
―
－
－
－
－
－
－
－
(109.0)
－
(108.0)
－
(107.0)
－
(105.5)
－
(104.5)
－
(103.5)
－
(102.0)
－
(101.0)
－
99.5
－
98.1
96.7
95.0
93.4
91.5
89.5
87.1
85.0
81.7
78.7
75.0
71.2
66.7
62.3
56.2
52.0
48.0
41.0
37.7
36.6
35.5
34.4
33.3
32.3
31.0
29.8
29.2
28.5
27.8
27.1
26.4
25.6
24.8
24.0
23.1
22.2
21.3
20.3
(18.0)
(15.7)
(13.4)
(11.0)
(8.5)
(6.0)
(3.0)
(0.0)
－
－
－
－
－
－
－
－
－
53.6
52.8
51.9
51.1
50.2
49.4
48.4
47.5
47.1
46.5
46.0
45.3
44.9
44.3
43.7
43.1
42.2
41.7
41.1
40.3
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
79.2
78.6
78.0
77.4
76.8
76.2
75.6
74.9
74.6
74.2
73.8
73.4
73.0
72.6
72.1
71.6
71.1
70.6
70.1
69.6
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
57.4
56.4
55.4
54.4
53.6
52.3
51.3
50.2
49.7
49.0
48.4
47.8
47.2
46.4
45.7
45.0
44.2
43.4
42.5
41.7
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
40.4
39.1
37.8
36.5
35.2
33.9
32.5
31.1
30.4
29.5
28.7
27.9
27.1
26.2
25.2
24.3
23.2
22.2
21.1
19.9
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
50
－
47
－
45
－
42
－
41
－
40
－
38
－
37
－36
－
34
33
32
30
29
28
26
25
24
22
21
20
－
－
－
－
－
－
1170(170)
1130(164)
1095(159)
1070(155)
1035(150)
1005(146)
980(142)
950(138)
935(136)
915(133)
905(131)
890(129)
875(127)
855(124)
840(122)
825(120)
805(117)
795(115)
780(113)
765(111)
730(106)
695(101)
670(97)
635(92)
605(88)
580(84)
545(79)
515(75)
490(71)
455(66)
425(62)
390(57)
－
－
－
－
－
370
360
350
340
330
320
310
300
295
290
285
280
275
270
265
260
255
250
245
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
95
90
85
a）在本表中用黑体字表示值和按ASTM－E140表1硬度转换值一致，由对应SAE－ASM－ASTM
联合会列出。
b）括号里数值是超出范围，只是提供参考。

利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件洛氏硬度

　　在生产现场，因为受检测仪器限制，常常使用布氏硬度计测量大型淬火件硬度。假如想知道该工件洛氏硬度值，通常方法是，先测量出布氏硬度值，然后依据换算表，查出相对应洛氏硬度值，这种方法显然有些繁琐。那么，能否依据布氏硬度计压痕直径，直接计算出工件洛氏硬度值呢？答案当然是肯定。依据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且轻易记住经验公式：HRC =（479-100D）/4，其中D为Φ10mm钢球压头在30KN压力下压在工件上压痕直径测量值。该公式计算出值和换算值误差在0.5 ～ -1范围内，该公式在现场用起来十分方便，您不妨试一试。

 附录：
金属工艺学
      金属工艺学是一门研究相关制造金属机件工艺方法综合性技术学科.
关键内容:1 常见金属材料性能
             2 多种工艺方法本身规律性及应用.
             3 金属机件加工工艺过程、结构工艺性。
      热加工：金属材料、铸造、压力加工、焊接
      目标、任务：使学生了解常见金属材料性质及其加工工艺基础知识，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和制造方面工作奠定必需金属工艺学基础。
[以综合为基础，经过综合形成能力]
                                                                                 第一篇 金属材料
第一章 金属材料关键性能
两大类：1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应含有性能。
               包含：机械性能、物理、化学性能
            2 工艺性能：铸造性能、铸造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。
第一节 金属材料机械性能
                           指力学性能---受外力作用反应出来性能。
        一 弹性和塑性：
      1弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状性能。
力和变形同时存在、同时消失。 如弹簧：弹簧靠弹性工作。
      2 塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引发破坏性能。（金属之间连续性没破坏）
塑性大小以断裂后塑性变形大小来表示。
塑性变形：在外力消失后留下这部分不可恢复变形。
      3 拉伸图
       金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。
以低碳钢为例

σb
σk
σs
σe

ε（Δl）
     将金属材料制成标准式样。

在材料试验机上对试件轴向施加静压力P，为消除试件尺寸对材料性能影响，分别以应力σ（即单位面积上拉力4P/πd2）和应变（单位长度上伸长量Δl/l0 ）来替换P和Δl，得到应力——应变图
1）弹性阶段oe
  σe——弹性极限
2）屈服阶段：过e点至水平段右端
   σs——塑性极限，s——屈服点
过s点水平段——说明载荷不增加，式样仍继续伸长。
（P一定，σ=P/F一定，但真实应力P/F1↑ 因为变形，F1↓）
发生永久变形
3）强化阶段：水平线右断至b点   P↑  变形↑
σb——强度极限，材料能承受最大载荷时应力。
4）局部变形阶段bk
  过b点，试样某一局部范围内横向尺寸忽然急剧缩小。
 “缩颈”  （试样横截面变小，拉力↓）
         4 延伸率和断面收缩率：——表示塑性大小指针
1）延伸率：  δ= l0——式样原长，l1——拉深后长
2）断面收缩率： F0——原截面，F1—拉断后截面
* 1） δ、ψ越大，材料塑性越好
2）ε和δ区分：拉伸图中 ε=ε弹+ε塑 ， δ=εmas塑
3）通常δ〉5%为塑性材料，δ〈5%为脆性材料。
        5 条件屈服极限σ0。2
有些材料在拉伸图中没有显著水平阶段。通常要求产生0.2塑性变形应力作为屈服极限,称为条件屈服极限.

           二 刚度
       金属材料在受力时抵御弹性变形能力—
    1 材料本质
      弹性模量—在弹性范围内,应力和应变比值.其大小关键决定材料本身. 相当于单位元元变形所需要应力.
                σ=Εε, Ε=σ/ε=tgα
     2几何尺寸\形状\受力
       相同材料E相同,但尺寸不一样,则其刚度也不一样.所以考虑材料刚度时要把E\形状\尺寸同时考虑.还要考虑受力情况.

          三 强度
      强度指金属材料在外力作用下抵御塑性变形和断裂能力.
       按作用力性质不一样,可分为:
抗拉强度 σ+   抗压强度σ-    抗弯强度σw
抗剪强度τb        抗扭强度σn
  常见来表示金属材料强度指标:
    屈服强度: (Pa   N/m2)  Ps-产生屈服时最大外力, F0-原截面
    抗拉强度 (Pa N/m2) Pb-断裂前最大应力.
   σs \σb在设计机械和选择评定材料时相关键意义.因金属材料不能在超出σs条件下工作,不然会塑变.超出σb工作,机件会断裂.
     σs--σb之间塑性变形,压力加工
       四 硬度
      金属抵御更硬物体压入其内能力—
         是材料性能综合物理量,表示金属材料在一个小体积范围内抵御弹性变形\塑性变形或断裂能力.
        1布式硬度 HB
  用直径D淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到要求时间后卸荷,测压痕直径d(用刻度放大镜测)则
 HB=P/F (N/mm2) 单位通常不写. F-压痕面积.
HBS—压头用淬火钢球,   HBW—压头用硬质合金球
l            因钢球存在变形问题,不能测太硬材料,适于HBS<450, 如铸铁,有色金属,软钢等.  而HＢＷ＜６５０．
l            特点：压痕大，代表性全方面
l            应用：不宜薄件和成品件
        ２　洛式硬度ＨＲ
        用金刚石圆锥在压头或钢球，在要求预载荷和总载荷下，压入材料，卸载后，测其深度ｈ，由公式求出，可在硬度计上直接读出，无单位．
不一样压头应用范围不一样以下表：
HRB
ｄ＝1.588淬火钢球
980.7
退火钢 灰铁 有色金属
HRC
1200金刚石圆锥
1471
淬火 回火件
  HRA
588.4
硬质合金 碳化物
优点:易操作,压痕小,适于薄件,成品件
缺点:压痕小,代表性不全方面需多测几点.
*硬度和强度有一定换算关系,故应用广泛.依据硬度可近似确定强度,如灰铁: σb=1HBS
       3显微硬度(Hm)
 用于测定金属组织中部分组成体,夹杂物等硬度.
  显微放大测量  显微硬度(查表)和HR有对应关系.如:磨削烧伤表面,看烧伤层硬度改变.
           五 冲击韧性ak
 材料抵御冲击载荷能力
常见一次摆锤冲击试验来测定金属材料冲击韧性,标准试样一次击断,用试样缺口处单位截面积上冲击功来表示ak
ak=Ak/F(J/m2)   Ak=G(H-h)    G-重量  F-缺口截面
脆性材料通常不开口,因其冲击值低,难以比较差异.
     1         ak↑,冲击韧性愈好.
     2         Ak不直接用于设计计算:在生产中,工件极少因受一次大能量冲击载荷而破坏,多是小冲击载荷,数次冲击引发破坏,而此时,关键取决于强度,故设计时, ak只做校核.
    3         ak对组织缺点很敏感,能够灵敏地反应出材料品质,宏观缺点,纤维组织方面改变.
所以,冲击试验是生产上用来检验冶炼、热加工、热处理工艺质量有效方法。
（微裂纹——应力集中——冲击——裂纹扩展）
       六  疲惫强度：
问题提出：很多零件如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等在交变载荷作用下，发生断裂时应力远低于该材料屈服强度，这种现象——疲惫破坏。据统计，80%机件失效是因为疲惫破坏。
疲惫强度——当金属材料在无数次交变载荷作用下而不致于引发断裂最大应力。
    1 疲惫曲线——交变应力和断裂前循环次数N之间关系。
比如：纯弯曲，
有色金属N》108
钢材N>107 不疲惫破坏
    2 疲惫破坏原因
  材料有杂质,表面划痕,能引发应力集中,造成微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷忽然破坏.
   3预防方法
改善结构形状,避免应力集中,表面强化-喷丸处理,表面淬火等.
             第二节 金属材料物理,化学及工艺性能
      一 物理性能
比重: 计算毛坯重量,选材,如航天件 :轻
熔点:铸造 铸造温度(再结晶温度)
热膨胀性:铁轨 模锻模具 量具
导热性: 铸造:金属型  铸造:加热速度
导电性: 电器元件 铜 铝
磁性:变压器和电机中硅钢片  磨床: 工作台
      二 化学性能
金属化学性能,决定了不一样金属和金属,金属和非金属之间形成化合物性能,使有些合金机械性能高,有些合金抗腐蚀性好,有金属在高温下组织性能稳定.  如耐酸,耐碱等
如化工机械,高温工作零件等
      三 工艺性能
金属材料能适应加工工艺要求能力.
铸造性,可锻性,可焊性,切削加工形等
              思索题;
              1 什么是应力,应变(线应变)?
              2 颈缩现象发生在拉伸图上哪一点? 假如没发生颈缩,是否表明该试样没有塑性变形?
              3 σ0.2 意义?能在拉伸图上画出吗?
              4 将钟表发条拉成一直线,这是弹性变形还是塑性变形?怎样判定变形性质?
              5为何冲击值不直接用于设计计算?
第二章 金属和合金晶体结构和结晶
第一节 金属晶体结构
            一基础概念:
        固体物质按原子排列特征分为:
        晶体: 原子排列有序,规则,固定熔点,各项异性.
        非晶体:原子排列无序,不规则,无固定熔点,各项同性
        如: 金属 ,合金,金刚石—晶体  玻璃,松香 沥青—非晶体

  晶格: 原子看成一个点,把这些点用线连成空间格子.
  结点: 晶格中每个点.
  晶胞: 晶格中最小单元,能代表整个晶格特征.
  晶面: 各个方位原子平面
  晶格常数: 晶胞中各棱边长度(及夹角), 以A(1A=10-8cm)度量
        金属晶体结构关键区分在于晶格类型,晶格常数.
           二 常见晶格类型
       1 体心立方晶格: Cr ,W, α-Fe, Mo , V等,特点:强度大,塑性很好,原子数:1/8 X8 +1=2   20多个
       2 面心立方晶格: Cu  Ag  Au  Ni  Al Pb  γ- Fe塑性好
                原子数:4       20多个
       4         密排六方晶格:  Mg Zn Be  β-Cr α-Ti Cd(镉)
                 纯铁在室温高压(130x108N/M2)成ε-Fe
                  原子数=1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30多个

             三 多晶结构
单晶体- 晶体内部晶格方位完全一致.
多晶体—很多晶粒组成晶体结构.各项同性.
晶粒—外形不规则而内部晶各方位一致小晶体.
晶界—晶粒之间界面.
                                第二节 金属结晶
         一 金属结晶过程(首次结晶)
     1 结晶: 金属从液体转变成晶体状态过程.
晶核形成: 自发晶核:液体金属中部分原子自发聚集,规则排列.
          外来晶核:液态金属中部分外来高熔点固态微质点.
晶核长大:已晶核为中心,按一定几何形状不停排列.

*晶粒大小控制: 晶核数目: 多—细(晶核长得慢也细)
               冷却速度: 快—细(因冷却速度受限,故多加外来质点)
晶粒粗细对机械性能有很大影响,若晶粒需细化,则从上述两方面入手.
结晶过程用冷却曲线描述!
               2 冷却曲线
温度随时间改变曲线—热分析法得到
       1)    
    理论结晶温度
    实际结晶温度

         时间(s)

           T(℃)
        过冷: 液态金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶现象.
    2)     过冷度:理论结晶温度和实际结    晶温度之差.
(实际冷却快,结晶在理论温度下)
       二 金属同素异购转变(二次结晶\重结晶)
同素异构性—一个金属能以多个晶格类型存在性质.
同素异购转变—金属在固体时改变其晶格类型过程.
如:铁 锡 锰 钛 钴
以铁为例: δ-Fe(1394℃)γ-Fe(912℃)α-Fe
              体心            面心          体心
因为铁能同素异构转变,才有对钢铁多种热处理.
(晶格转变时,体积会改变,以原子排列不一样)

                                       第三节 合金晶体结构
          一 合金概念
合金: