材料科学基础之相结构.ppt

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1、1.4相结构4h为何工业上很少使用纯金属,而多使用合金?1合金与相1合金（1）合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。（2）组元：组成合金最基本的独立的物质。（如一元、二元、三元合金〕，可以是元素，也可以是化合物。（3）合金系：给定元素以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的总称。如Fe-C，Fe-Cr等。2合金与相2相（1）相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。（如单相、两相、多相合金。）©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatr

2、ademarkusedhereinunderlicense.3合金与相相的分类固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子所形成的均匀混合的固态溶体，它的晶体结构与其溶剂相同。中间相（金属化合物）：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相，且这种相成分处于AB互溶的溶解度之间，即落在相图的中间部位。4固溶体按溶质原子位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。5固溶体按固溶度不同，可分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子分布不同，可分为无序固溶体和有序固溶体。©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.T

3、homsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.6固溶体1置换固溶体（1）置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。（2）影响置换固溶体溶解度的因素a原子尺寸因素原子尺寸差越小,越易形成置换固溶体,且溶解度越大。△r=(rA-rB)/rA当△r<15%时，有利于大量互溶。△r≥15%时，△r越大则溶解度越小。7固溶体b晶体结构因素结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体。c电负性因素（化学亲和力）电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。电负性差越大，越易形成化合物，溶解度越小。8电子浓度是合金中价电子数目与原子数目

4、的比值即e/a（A，B分别为溶剂和溶质原子的原子价，x为溶质的原子数分数（%）d原子价因素（电子浓度因素）随着溶质原子价的增大，其溶解度极限减小合金在最大溶解度时的电子浓度接近于1.4.该值为极限电子浓度9固溶体--间隙固溶体定义：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体组成：原子半径较小（小于0.1nm)的非金属元素（H、C、B、N）溶入金属晶体的间隙。影响因素：原子半径和溶剂结构（间隙数目和尺寸）。溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶体。10为什么碳原子在-Fe中的溶解度大于在-Fe中的溶解度？碳原子在-Fe中的溶解度是2.11%，而在-Fe中的溶解度仅为0.

5、0218%。11固溶体--微观不均匀性固溶体中溶质原子的分布方式取决于固溶体中同类原子EAA、EBB和异类原子间结合能EAB的相对大小。EAB=1/2(EAA+EBB)---完全无序EAB>1/2(EAA+EBB)---偏聚EAB<1/2(EAA+EBB)---短程有序、长程有序。溶质原子呈长程或完全有序分布的固溶体，称为有序固溶体12固溶体4固溶体的性质(1）点阵常数改变（2）产生固溶强化现象：固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。概念：固溶强化－由于溶质原子的溶入而引起的强化效应。间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体。如产生柯氏气团或有序强化。（3）物理、化学性能改

6、变©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.13中间相(金属间化合物）概念：由金属与金属，或金属与类金属元素之间形成的化合物，也称为金属间化合物。键合方式：金属键与其他键相混合特性：具有金属性种类：正常价化合物、电子化合物（电子相）、原子尺寸因素化合物。14金属间化合物正常价化合物形成：电负性差起主要作用，符合原子价规则。键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、共价键、金属键。组成：AB或AB2。如MnS,Mg2Si.

7、电子化合物（电子相）形成：电子浓度起主要作用，不符合原子价规则。键型：金属键（金属－金属）。特点：晶体结构主要取决于电子浓度，可用化学式表示，可形成以化合物为基的固溶体。15电子浓度化合物晶体结构与电子浓度的关系电子浓度AB原子半径关系晶体结构3/2（21/14）相近密排六方相差较大体心立方21/13-黄铜型结构7/4（21/12）密排六方16金属间化合物与原子尺寸因素有关的化合物形成：与原子尺寸差别有关。原子半径差较大易形成间隙化合物，中等程度差别易形成拓扑密堆相。对于原子半径差较大的情况RX/RM<0.59：简单间隙化合