第五章材料的相结构.ppt

第五章 材料的相结构 一、基本概念 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：给定合金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 相 （1）相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。 （2）组织：由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合体。 如单相、两相、多相合金。金属及合金的组织一般应 用显微镜才能看到，所以常称显微组织。 一、基本概念 （2）相的分类 合金中的相按结构可分为固溶体和金属化合物。 固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。 金属化合物（中间相）：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相。 二、固溶体 1、定义： 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。 与固溶体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中含量较多；另一组元为溶质，含量较少。 ??? 固溶体用α、β、γ等符号表示。A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示, 亦可表示为Cu(Zn)。 二、固溶体 2、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。 按溶质原子在溶剂中的溶解度，固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律，固溶体分无序固溶体和有序固溶体两种。 在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金的无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变叫做有序化。 二、固溶体 二、 固溶体 3、 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△r15%时，有利于大量互溶。 二、 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 电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。 d 电子浓度因素 电子浓度 e/a = VA(1-x) + VBx。 其中x为溶质的原子百分比浓度(摩尔分数)，VA、VB分别为溶剂和溶质的价电子数. Zn.Ga.Ge.As (Cu.Ag.Au)38% 20% 12%.7% 电子浓度e/a越大，溶解度越小。e/a有一极限值，与溶剂晶体结构有关。一价面心立方金属为1.36，一价体心立方金属为1.48。 （上述四个因素并非相互独立，其统一的理论的是金属与合金的电子理论。） 二、 固溶体 4、 间隙固溶体 （1）组成：原子半径较小（小于0.1nm)的非金属元素溶入金属晶体的间隙。 （2）影响因素：原子半径和溶剂结构。 （3）溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶体。 二、固溶体 5、 固溶体的结构 （1）晶格畸变。 （2）偏聚与有序：取决于同类原子和异类原子间结合力的相对大小。完全无序、偏聚、部分有序、完全有序。 二、固溶体 6、 固溶体的性能 固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。 ??? 固溶体的性能特点 二、固溶体 纯铜的σb 为220MPa, 硬度为40HBS, 断面收缩率ψ为70%。当加入1%镍形成单相固溶体后, 强度升高到390MPa, 硬度升高到70HB, 而断面收缩率仍有50%。所以固溶体的综合机械性能很好, 常常作为结构合金的基体相。 固溶体与纯金属相比, 物理性能有较大的变化, 如电阻率上升, 导电率下降, 磁矫顽力增大。 三、化合物 三、 金属间化合物 中间相是由金属与金属，或金属与类金属元素之间形成的化合物，这些化合物结构一般比较复杂，而且具有金属特性，所以也称为金属间化合物。 包括：正常价化合物、电子化合物（电子相）、 间隙化合物 。 三、金属间化合物 1 正常价化合物 （1）形成：电负性差起主要作用，符合原子价规则。 （2）键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、共价键、金属键。 （3）组成：AB或AB2。例如MnS、Al2O3、TiN、ZrO2等 2、金属化合物的类型 常见的电子浓度值有21/14、21/13、21/12。 由于这类中间相与电子浓度有关，所以就称为电子化合物， 主要出现在金属材料中，它们的结合键为金属键。