合金的结构与相图.docVIP

第三章 合金的结构与相图 教学目的：掌握固溶体与化合物及其特性、二元合金相图的建立方法及二元匀晶、 共晶、包晶、共析相图的分析 本章重点：1、固溶体与化合物及其特性 2、二元合金相图的建立方法 3、Phase; phase transformation; driving force of phase transformation; solid solution; compound; intermetallic compounds; solid solution strengthening; solid solubility; liquidus line; solidus line; peritectic transformation; entecticum; entectic transformation; entectic point; entectic line; entectic alloy; eutectoid transformation; eutectoid point; 纯金属具有优良的导电性、导热性、化学稳定性，美丽的金属光泽，但强度、硬度、耐磨性等机械性能较差，且成本高，数量有限，因此工程材料除极少数特殊要求的采用纯金属外，绝大多数采用合金。 合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属元素熔合在一起组成具有金属特性的物质。 合金相图是研究合金系的温度、成份、相变规律关系的有用工具。对于材料工作者，相图十分重要，必须很好掌握。 第一节 固态合金中的相结构 基本概念 相：在一个体系中，性质相同的均匀部分。相与相之间有明显的界面，但有界面分开的不一定是两相。 固溶体：固态时溶质原字（离子或分子）溶入溶剂的晶格中所形成的相，称为固溶体。 固溶体的晶体结构即是溶剂的晶体结构。溶质原子溶入溶剂晶格中的方式有两种：a、溶质原子替换溶剂原子的位置形成的固溶体→置换固溶体 b、溶质原子填入溶剂晶格间隙中形成的固溶体→间隙固溶体 化合物：合金组元之间发生化学反应，形成晶体结构不同于任一组元的新相，称为化合物（一般化合物—离子键；金属间化合物—金属键）。 固溶体的特性 溶质元素在固溶体中的溶解度 固溶体的浓度：C=（溶质元素的质量/固溶体的质量）100%——质量百分比 或C=（溶质元素的原子数/固溶体的总原子数）100%——原子百分比 固溶体的溶解度：在一定条件下，溶质元素在固溶体中的极限浓度称为溶质元素在固溶体中的溶解度。 根据溶质元素在固溶体中的溶解度，可把固溶体分为： 有限固溶体和无限固溶体。 很显然：只有在溶质与溶剂元素间形成置换固溶体时，才有可能形成无限固溶体；而对于间隙固溶体，则只能形成有限固溶体。 在合金系统中，通常按顺序（固溶体的浓度或固溶体稳定存在的温度范围）由低到高，用α、β、γ、δ、ε、θ等表示不同类型的固溶体。 影响固溶体结构形式和溶解度的因素 ① 原子大小 溶剂与溶质的原子直径差别：（d溶剂-d溶质）/ d溶剂；当二者差别较小时，即溶剂与溶质的原子直径相近，易形成置换固溶体，且二者的尺寸差别越小，所形成的固溶体的溶解度越大，当尺寸差别小于某一数值时，将形成无限固溶体。而当原子尺寸差别大于15%时，不大可能形成置换固溶体。因为原子尺寸差别较大时，形成固溶体所造成的晶格畸变（无论是正畸变还是负畸变）较大，晶格畸变能也较大，固溶体晶格结构的稳定性较差。 同样，形成间隙固溶体时，只能引起固溶体晶格产生正畸变，显然，溶质原子的尺寸越小，溶剂晶格的间隙尺寸越大，形成间隙固溶体时所造成的晶格畸变和畸变能越小，间隙固溶体越容易形成，其溶解度也就越大。反之，不易形成间隙固溶体。当溶质原子尺寸较大时，完全不能形成间隙固溶体。 ② 负电性 负电性是指原子从其他原子夺取电子变为负离子的能力。当两种元素在周期表中的位置相距越远，其负电性相差越大，它们之间的化学亲和力越强，越倾向于形成化合物，而不利于形成固溶体，所形成的固溶体的溶解度也越小。 ③ 电子浓度 合金中，价电子数目e与原子数目a之比，成为电子浓度e/a. 当溶质原子对固溶体贡献的价电子数与溶剂不同时，随着溶质原子的进入，将使固溶体晶格中的电子浓度以及电子云结构发生变化，显然溶质原子所占的比率越高，固溶体晶格的电子浓度改变越大，达到一定程度时，固溶体晶格就不稳定，易形成新的相。因此，固溶体只能稳定在一定的电子浓度范围内，如对于溶剂为1价金属的固溶体，若固溶体具有面心立方晶格，则极限电子浓度值为1.36；若固溶体具有体心立方晶格，则极限电子浓度值为1.48 ④ 晶体结构 一般情况下，晶格结构相同