《金属结构》PPT课件(I)

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1、第三节合金相结构纯金属的缺点：强度、硬度低。合金：两种或两种以上的金属或金属与非金属制成的具有金属特性的物质。合金优点：（1）具有较高的机械性能；（2）具有特殊的物理、化学性能；（3）可调成分，获得一系列性能不同的合金。在金属中加入其它金属或非金属元素组成合金，合金组元间交互作用会形成具有一定结构和一定成分的合金相。固溶体(端际固溶体)中间相合金相类型：定义：两种或两种以上的组元在固态下互溶，形成在某种元素晶格中包含有其它元素原子的固体。（以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入溶质原子所形成的均匀混合的固态溶体）。其中：量多的叫溶剂；量少的叫溶质。特点

2、：保持溶剂晶体结构，具体结构有所变化。一、固溶体按溶质原子占位分为按溶质原子的固溶度分为按溶质原子在固溶体中分布分置换固溶体间隙固溶体无限固溶体有限固溶体无序固溶体有序固溶体（一）固溶体分类：1、定义：溶质原子置换了溶剂原子位置而形成的固溶体。2、形成规律：（1）溶质与溶剂原子半径相近，绝大多数金属彼此能形成置换固溶体。（2）溶质和溶剂的电化学性质相近。（二）置换固溶体(1)尺寸因素。△r表示溶质原子半径（r质）和溶剂原子半径（r剂）的相对差异：△r=（r剂－r质）/r剂或△r小于15％对获得较大固溶度是有利的。结论：两组元的原子半径差越小，固溶度大

3、。3、影响置换固溶体固溶度的因素电负性：元素的原子在化学反应或形成合金时，能够得到电子成为负离子的能力。两组元电负性差大，越易形成稳定化合物，则固溶度越低。结论：只有电负性相近的元素，固溶度较大。元素电负性与其在周期表中位置有关(2)电负性效应（化学亲和力）定义：晶体结构中价电子总数e与原子总数a的比值(c=e/a)。固溶体中的电子浓度：C=[V(100-X)+UX]/100式中：U为溶质的原子价；V为溶剂的原子价；X为溶质的原子百分数。原子价：形成合金时每个原子平均贡献出来的公有电子数。(3)电子浓度原子价的确定：对非过渡族元素，原子价为其价电子数

4、；过渡族元素的原子价定为零。过渡族元素次外层电子未满，形成合金时，可贡献出最外层电子，也可吸收电子填充次外层，贡献电子和吸收电子相抵消，原子价定为零。原子价效应：在以一价金属Cu、Ag、Au作为溶剂，以不同原子价的元素作为溶质，在原子尺寸因素有利的条件下，溶质的原子价越高，则在Cu、Ag、Au中的极限固溶度越小。原因：电子浓度是有限的，超过这一限度，引起晶体结构不稳定，甚至发生改组。电子浓度极限值：溶剂为一价面心立方金属约为1.36；溶剂为一价体心立方金属约为1.48；溶剂为密排六方金属约为1.75。电子浓度因素影响固溶度表现：两组元晶体结构相同，才

5、能形成无限固溶体；形成有限固溶体时，溶质与溶剂晶体结构相同，固溶度大。（4）晶体结构1、定义：溶质原子分布于溶剂晶格间隙中形成的固溶体。2、形成规律：（1）溶质是一些半径小于0.1nm的非金属；非金属：氢氧氮碳硼半径nm：0.046、0.060、0.071、0.0770.097；（2）溶剂绝大多数是过渡族金属；（3）溶质原子半径与溶剂原子半径比小于0.59。（三）间隙固溶体（1）溶质原子半径：要和间隙尺寸相匹配。（2）溶剂晶格类型：决定了间隙半径大小和间隙数量。面心立方单胞中八面体间隙半径0.414r,固溶度大。体心立方单胞中八面体间隙半径0.154

6、r,<110>方向0.633r，固溶度小。3、间隙固溶体的固溶度(有限固溶体)碳的原子半径0.077nm，可以作为溶质与金属构成填隙固溶体。碳在铁中的间隙固溶体：碳原子在面心立方八面体间隙中碳原子在体心立方八面体间隙中保持溶剂的晶体结构，具体结构有所变化。1、晶格发生畸变与点阵常数变化（1）晶格发生畸变：（四）固溶体结构的特点溶质原子引起点阵畸变，使固溶体的点阵常数变化。FeC，%aCuAuNi原子浓度，%a间隙固溶体点阵常数一般随溶质增加而增大置换固溶体Cu—Au，Cu—Ni：rNirCu（2）点阵常数变化:2、固溶体的微观不均匀性

7、溶质原子完全无序分布仅是一种理想情况。图(a)无序置换固溶体；图(b)无序间隙固溶体；图(c)短程有序；图(d)偏聚定义：某些在高温具有短程有序的固溶体，当其成分接近一定的原子比（例如AB，AB2，AB3等），在低于一定的临界温度TC时，可以转变为长程有序固溶体.有序固溶体也称超结构。在其X射线衍射图上出现额外的衍射线条，称为超结构线，故将有序固溶体称为超结构。3、有序固溶体（超结构）CuAuI型:化学式（原子比）CuAuCu：Au＝1：1Cu3Au型：Cu:Au=3:1严格讲：有序固溶体接近于金属化合物。CuAu1、产生固溶强化：固溶强化：固溶体中

8、随溶质含量的增加，固溶体的强度、硬度增加的现象。固溶强化的原因：溶质的溶入产生点阵畸变。影响强化效果的因素：