合金的相结构与结晶.ppt

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1、1Chapter7–合金的相结构与结晶材料科学基础李谦–宁向梅主讲2ObjectivesofChapter7Thegoalofthischapteristodescribetheunderlyingphysicalconceptsrelatedtothestructureofmatter.Toexaminetherelationshipsbetweenstructureofatoms-bonds-propertiesofengineeringmaterials.Learnaboutdifferentle

2、velsofstructurei.e.atomicstructure,nanostructure,microstructure,andmacrostructure.3ChapterOutline7.1固态合金的相结构7.2二元合金相图的建立7.3匀晶相图及固溶体的结晶7.4二元共晶相图及其合金的结晶7.5二元包晶相图及其合金的结晶7.6二元相图的分析方法与应用7.7其它类型的相图7.8三元合金相图4所谓合金就是由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素经过熔炼、烧结或用其它方法组合而成的具有金属特

3、性的物质。通常把组成合金的最简单、最基本，能够单独存在的物质称为组元。组元大多数情况下是金属或非金属元素，但在研究范围内既不发生分解又不发生任何化学反应的稳定化合物也可称为组元。合金可分为二元合金、三元合金和多元合金。也可以按所含元素的名称命名，例如碳钢和铸铁又称铁碳合金，黄铜又称铜锌合金等。5在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称之为相。合金的组织是指肉眼或借助于显微镜所观察到的合金的相组成及相的数量、形态、大小、分布特征。组织可以是由一种相组成，也可以由多

4、种相组成。固态合金中的相，按其晶格结构的基本属性可分为固溶体和金属间化合物两大类。Section7.1固态合金的相结构6合金结晶时若组元相互溶解所形成的固相晶体结构与组成合金的某一组元相同，则这类固相称为固溶体。固溶体中含量较多的组元称为溶剂。固溶体用、、、…等符号表示。（一）固溶体的分类置换固溶体：是指溶质原子占据了溶剂原子晶格中的某些节点位置而形成的固溶体。溶质与溶剂原子半径相当时，易形成置换固溶体。间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。当溶质与溶剂原子半径之比小于0.59时，

5、容易形成间隙固溶体。溶质原子是半径很小的非金属元素，而溶剂元素多是过渡族元素。有限固溶体：溶解度是有限的固溶体。无限固溶体：溶质以任意比例溶入溶剂，即溶质溶解度可达100%，则固溶体为无限固溶体，也称连续固溶体。有序固溶体：少数合金在一定条件下，溶质原子会以一定比例按一定规律分布在溶剂晶格结点上。无序固溶体：溶质原子随机地分布于溶剂晶格中形成的固溶体。7.1.1固溶体7多数置换固溶体中溶质原子的分布通常是无序的、任意的，形成无序固溶体；少数合金（如Cu-Au合金）在一定条件下溶质原子会以一定比例并按照一

6、定规律分布在溶剂晶格节点上，形成有序固溶体（或超结构）。有序固溶体加热至某一临界温度时将转变为无序固溶体，而缓慢冷却至此温度时又变为有序固溶体，这种转变过程称之为固溶体的有序化。发生有序化转变的临界温度称为固溶体的有序化温度。有序固溶体实际上是无序固溶体与金属间化合物的过渡相，当固溶体从无序转变为有序时，合金的硬度、脆性显著增加，而塑性、电阻率下降。置换固溶体既可以是有限固溶体也可以是无限固溶体。间隙固溶体中，溶质原子在溶剂晶格间隙中的分布往往是无序的，故形成无序固溶体。另外，由于溶剂晶格中间隙的尺寸和

7、数量是一定的，因此间隙固溶体只能是有限固溶体。7.1.1固溶体8（二）影响固溶体类型和固溶度的因素影响固溶体类型和固溶度大小的主要因素有：组元的晶格类型、原子尺寸大小、电化学特性及电子浓度等。当原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的组元，即组元元素在元素周期表中的位置相近时，它们之间形成置换固溶体，并且溶解度较大，甚至形成无限固溶体。反之，则容易形成间隙固溶体，且溶解度较小。无限固溶体和有序固溶体一定是置换固溶体，而间隙固溶体都是有限固溶体，并且一定是无序的。一般说来，溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越小

8、，越易形成置换式固溶体，且溶解度大；晶格类型相同是形成无限固溶体的必要条件；负电性相差很大时易形成化合物；溶剂的价电子浓度升高会导致固溶体的溶解度降低。另外，固溶体的溶解度还与温度有关，温度越高，溶解度越大。因此高温下已达饱和的有限固溶体在冷却过程中，会因其溶解度的降低，致使固溶体发生分解而析出其它相。7.1.1固溶体9Solubility-Theamountofonematerialthatwillcompletelydissolvein