第3讲-材料的结构和性能分析.ppt

* * * * 相：相是合金中具有同一聚集状态、同一结构和性质的均匀组成部分。 合金在固态下可以形成均匀的单相合金，也可能是由几种不同的相所组成 的多相合金。 或者说，在金属或者合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面 与其他部分分开的均匀组成部分就叫做相。如，液相物质为液相，固态物 质为固相。 虽然，在各种合金中的组成相是 多种多样的，但可以把它们归纳为 固溶体和中间相这两种基本类型。 这两大类合金相又可按其成分和结 构特点进一步分为若干具体类型。 1、固溶体：是指合金组元通过溶解形成一种成份和性能均匀的、且结构与组元之 一相同的固相。 把与固溶体晶格相同的组元叫溶剂，另一组元叫溶质。 （1）固溶体的分类 按溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 置换固溶体中，溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子。而间隙固溶体中， 溶质原子进入溶剂晶格的间隙中。如图1-21、1-22所示。 按溶质原子的溶解度，固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。 按溶质原子分配是否有规律， 分为无序固溶体和有序固溶体。 溶质原子有规则分布的叫 有序固溶体、无规则分布的叫 无序固溶体。在一定条件（如 成分、温度等）下，一些无序固溶体可转变为有序固溶体，这种转变叫有序化。 2、金属化合物(中间相)：指合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任 一组元的新相。金属化合物一般熔点较高，硬度高，脆性大。合金中含有金属化合 物时，硬度、强度和耐磨性提高，而塑性和韧性降低。 金属化合物主要有： （1）正常价化合物：指严格遵守化合价规律的化合物。一般是由元素周期表中 相距较远、电负性相差较大的两元素组成，可用确定的化学式表示。这类化合物硬 度大、脆性高。 （2）电子化合物：指不遵守化合价规律但符合于一定电子浓度（化合物中价电 子数与原子数之比）的化合物。一般由ⅠB族或者过渡元素与ⅡB族、ⅢA族、ⅣA 族、ⅤA族元素所组成。 电子化合物主要以金属键结合，具有明显的金属特性，可以导电。其熔点和硬 度较高，塑性较差，在许多有色金属中作为重要的强化相。 （3）间隙化合物: 由过渡族元素与碳、氧、氮、氢、硼等原子半径较小的非金 属元素形成的化合物。间隙化合物分为间隙相和复杂结构的间隙化合物两种。 （三）材料的组织 材料的显微组织是材料中各相的含量及形貌所构成的图像。简言之，显 微组织是各相组织形成的显微图像。显微是相较于肉眼的分辨力而言的。 在金相显微镜下观察，可以看到金属材料内部的微观形貌。 “材料的显微组织是材料中各相及更微观组元（化学的或者几何学的） 的形貌及含量所构成的图像”。 这样的话，显微组织和结构便难于区分了，区别是：前者较为直观， 外行人教易理解，而后者的图谱，则需要专门的知识，才能理解他们所表 达的、关于材料结构的信息。 组织是由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成。金属材料的 组织可以由单相组成，也可以由多相组成。 组织和性能的关系 金属材料的性能是由金属内部的组织结构所决定。如书中图1-26。 在研究组织和性能之间的关系时，需要注意两种情况： 其一、在有些情况下，金属的组织名称相同、组成相也相同，但晶粒形 状和大小不同，那么它们的性能也会不同。 其二、在某些合金中，在显微镜下观察它们的组织相同，组成相也相 同，且形状和大小无明显差异，只是其成分有所不同，此时，则表现出来 的性能也不相同。 由此可见，金属材料的成分、工艺、组织结构和性能之间有密切的关 系，了解他们之间的关系，掌握材料中各种组织的形成和各种因素的影响 规律，对于合理使用金属材料有着十分重要的指导意义。 （四）金属晶体的缺陷 前面介绍的是理想晶体的结构情况。在实际晶体中，原子的排列或多或少存在 着偏离列理想结构的区域，会出现了结构完整性，把这种偏离完整性的区域称为晶 体缺陷。 此外，金属一般都是多晶体，在晶粒晶界处，原子的规则排列也必然破 坏，这些都导致晶体的不完整性，从而产生晶体缺陷。晶体缺陷分为三大类： （1）点缺陷：在X、Y、Z三向上的尺寸都很小（相当于原子的尺寸），如空位、 间隙原子和溶质原子等。 （2）线缺陷：在两个方向上的尺寸都很小，另一个方向上的尺寸相对很长，也称 作一维缺陷，如位错。 （3）面缺陷：在一个方向上的尺寸很小，另外两个方向上的尺寸很大，也称作二 维缺陷，如晶界、相界、孪晶界和堆垛层错等。 在晶体中，缺陷并不是静止的、稳定不变地存在着，而是随着各种条件的改变 而不断地变动的，他们可以产生、发展、运动和相互作用，