合金中的相及相结构

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1、第3章二元合金的相结构与结晶1本章知识结构二元合金相图的建立相图分析二元相图的分析和使用匀晶相图及固溶体的凝固共晶相图及合金的凝固包晶相图及合金的凝固其他类型的二元合金相图合金中的相及相结构2为何工业上很少使用纯金属,而多使用合金?3.1合金中的相及相结构3虽然纯金属在工业上获得了一定的应用，但由于纯金属的性能有一定的局限性，特别是强度等重要性能指标往往不能满足要求，因此它的应用范围也受到了限制。实际使用的金属材料绝大部分是合金，合金化后纯金属的性能得到大大的提高，合金化是提高纯金属性能的最主要的途径。所谓合金是由两种或两种以上的金属

2、或金属与非金属，经过熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。4工业纯Fe、Al、Cu合金化前后σb的变化5合金两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。相是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。6固溶体中间相(金属化合物)间隙固溶体置换固溶体合金相7（1）固溶体一种组元(溶质)溶解在另一种组元(溶剂，一般是金属)中，其特点是溶剂（或称基体）的点阵类型不变。8溶质和溶

3、剂原子占据一个共同的布拉菲点阵，且此点阵类型和溶剂点阵类型相同。有一定的成分范围，也就是说，组元的含量可在一定范围内改变而不会导致固溶体点阵类型的改变。由于固溶体的成分范围是可变的，而且有一个溶解度极限，故通常固溶体不能用一个化学式来表示。具有比较明显的金属性质，例如，具有一定的导电、导热性和一定的塑性等等。固溶体中的结合键主要是金属键。固溶体的特点9固溶体的分类按溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。置换固溶体间隙固溶体10按溶质原子在固体中的溶解度，固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。按溶质原子在

4、固溶体内分布是否有规则，固溶体分为有序固溶体和无序固溶体两种。11置换固溶体的固溶度绝大多数金属元素之间都能形成置换固溶体，但是只有少部分金属元素之间，可以形成无限固溶体，即不同溶质元素在不同溶剂中的固溶度大小是不相同的。固溶度的大小，主要受以下一些因素的影响：（a）组元的晶体结构类型（b）原子尺寸因素（c）电负性因素（化学亲和力）（d）电子浓度因素12晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件，组元间要无限互溶，晶体结构类型必须要相同。因为只有这样，组元之间才可能连续不断地置换而不改变溶剂的晶格类型。形成有限固溶体时，如果溶质与溶

5、剂的晶体结构类型相同，则溶解度通常也较不同结构时为大；否则，反之。（a）组元的晶体结构类型13所谓原子尺寸因素，是指形成固溶体的溶质原子半径与溶剂原子半径的相对差值大小，常以⊿R表示。⊿r＝（rA－rB）/rA×100%⊿R越大，固溶度越小，这是因为溶质原子溶入将引起溶剂晶格产生畸变。随着溶质原子溶入量的增加，引起的晶格畸变亦越严重，畸变能越高，结构稳定性越低。所以⊿R的大小限制了固溶体中的固溶度。显然，溶入同量溶质原子时，⊿R越大，引起的晶格畸变越大，畸变能越高，极限溶解度就越小。（b）原子尺寸因素14形成置换固溶体时的点阵畸变15

6、元素的原子直径（虚线表示与铁的原子直径相差１５﹪的上下限）16元素间化学亲和力的大小显著影响它们之间的固溶度。如果它们之间的化学亲和力很强，则倾向于形成化合物而不利于形成固溶体；即使形成固溶体，固溶度亦很小。电负性是指元素吸引电子的能力，即表示该元素的原子在化学反应中或和异类原子形成合金时，能够得到电子成为负离子的能力。元素的电负性具有周期性，同一周期的元素，其电负性随原子序数的增大而增大；而在同一族元素中，电负性随原子序数增大而减小。（c）电负性因素17人们在研究以Cu、Ag、Au为基的固溶体时，发现随着溶质原子价的增大，其溶解度极

7、限减少。如果将浓度坐标以电子浓度来表示，则它们的溶解度极限是近似重合的。所谓电子浓度是指固溶体中价电子数目e与原子数目a之比。除此之外，固溶度还与温度有密切关系。在大多数情况下温度越高，固溶度越大。而对少数含有中间相的复杂合金系(例Cu-Zn)，则随温度升高，固溶度减小。（d）电子浓度因素18当一些原子半径比较小的非金属元素作为溶质溶入金属或化合物的溶剂中时，这些小的溶质原子不占有溶剂晶格的结点位置，而存在于间隙位置，形成间隙固溶体。形成间隙固溶体的溶剂元素大多是过渡族元素，溶质元素一般是原子半径小于0.1nm的一些非金属元素，即氢、

8、硼、碳、氮、氧等。溶质原子存在于间隙位置上引起点阵畸变较大，所以它们不可能填满全部间隙，而且一般固溶度都很小。固溶度大小除与溶质原子半径大小有关以外，还与溶剂元素的晶格类型有关，因为它决定了间隙的大小。间隙固溶体19溶质