材料成型基础教学课件1.5.ppt

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1、1.5合金相结构合金：由两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质称为合金。组元：组成合金最基本的独立的物质称为组元，或元。相：是指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。不同的相具有不同的晶体结构，虽然其种类繁多，但根据相的晶体结构特点可以将其分为固溶体和金属化合物两大类。一、固溶体合金的组元之间以不同的比例相互混合，混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同，这种相就称为固溶体，这种组元称为溶剂，其它的组元即为溶质。1分类（1）按溶质原子在晶格中所占位

2、置分为置换固溶体和间隙固溶体；（2）按固溶度分为有限固溶体和无限固溶体；（3）按溶质原子与溶剂原子的相对分布分为无序固溶体和有序固溶体。2置换固溶体是指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，但固溶度的大小往往相差十分悬殊。影响因素有：（1）原子尺寸因素组元间原子半径之差与其中一组元的原子半径之比表示△R=│(Ra–Rb)/Ra│。当△R越大时，则固溶度越小。有利于大量固溶的原子尺寸因素△R不超过±（14%—15%）。2置换固溶体为什么原子尺寸因素会影响固溶度？当溶质原子溶入溶剂

3、晶格后，会引起晶格畸变，形成这样的状态必然引起能量的升高，这种升高的能量称为晶格畸变能。组元间的原子半径相差越大，晶格畸变能越高，晶格便越不稳定。2置换固溶体（2）电负性因素是指组成合金的组元原子，吸引电子形成负离子的倾向。当组元间的电负性之差小时，则固溶度较大，如果溶质原子与溶剂原子的电负性相差很大，即两者之间的化学亲和力很大时，则倾向于形成比较稳定的金属化合物。（3）电子浓度因素所谓电子浓度是指合金晶体的价电子数与其原子数之比，可用下式表示C=（Va(100-x)+Vbx）/100式中，Va、Vb分别为溶剂和溶质的原子价，x

4、为溶质B的物质的量比（原子百分数）。固溶体的电子浓度有一极限值。（4）晶体结构因素（5）温度3间隙固溶体一些原子半径很小的溶质原子溶入到溶剂中时，不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而是填入到溶剂晶格的间隙中，形成间隙固溶体，其结构如图1.32所示。形成间隙固溶体的溶质元素，都是一些原子半径小于0.1nm的非金属元素（如氢、氧、氮、碳、硼），而溶剂元素则都是过渡族元素。3间隙固溶体实践证明，只有当溶质与溶剂的原子半径比为R溶质/R溶剂＜0.59时，才有可能形成间隙固溶体。间隙固溶体的固溶度还与溶剂的晶格类型有关。由溶剂晶格中的间隙是

5、有一定限度的，所以间隙固溶体只能是有限固溶体4固溶体的结构（1）晶格畸变由于溶质与溶剂的原子大小不同，因而在形成固溶体时，必然造成局部的晶格畸变。对置换固溶体，当溶质原子较溶剂原子大时，晶格常数增大，反之，晶格常数减小。形成间隙固溶体时，晶格常数总是随着溶质原子的溶入而增大，见图1.34。4固溶体的结构（2）偏聚与有序当同种原子间的结合力大于异种原子间的结合力时溶质原子倾向于成群的聚集在一起，形成许多偏聚区（见图1.35b）;反之，异种原子间的结合力较大时，则溶质原子的近邻皆为溶剂原子，即溶质原子倾向于按一定的规则有序排列，但通

6、常只在短距离小范围内存在，称之为短程有序（见图1.35c）4固溶体的结构（3）有序固溶体具有短程有序的固溶体，当低于某一温度时，可能使溶质和溶剂原子在整个晶体中都按一定的顺序排列起来，即由短程有序转变为长程有序，这样的固溶体称为有序固溶体。有序固溶体有确定的化学成分，可以用化学式表示。发生有序化的临界温度称为固溶体的有序化温度。严格说来，有序固溶体实质上是介于固溶体和化合物之间的一种相，但更接近于金属化合物。5固溶体的性能在固溶体中，随着溶质浓度的增加，故溶体的强度，硬度提高，而塑性，韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。固溶体的

7、塑性和韧性，如延伸率，断面收缩率和冲击功等，虽比组成它的纯金属的平均值低，但比一般的化合物高的多。因此，各种金属材料总是以固溶体为其基体相。二、金属化合物是指合金组元间发生相互作用而形成的一种新相，又称为中间相，其晶各类型和性能均不同于任一组元，一般可以用分子式大致表示其组成。在该化合物中，除了离子键，共价键外，金属键也参与作用，因而它具有一定的金属性质，所以称之为金属化合物。二、金属化合物的种类金属化合物的种类很多，这里介绍三种:服从原子价规律的正常价化合物；决定于电子浓度的电子化和物；小尺寸原子与过渡族金属之间形成的间隙化合

8、物。1正常价化合物：通常是由金属元素与周期表第ⅣⅤⅥ族元素所组成。例如Mg2Si、MnS等。正常价化合物的成分符合原子价规律，可用化学式表示，具有较高的硬度和脆性。二、金属化合物的种类2电子化合物：是由第一族或过渡族金属元素与第Ⅱ至第Ⅴ族金属元素形成的金属化合物