材料科学基础-第二章续.ppt

1、解释以下基本概念 合金、相、组织、固溶体、置换和间隙固溶体、化合物、电子浓度、电子化合物、超结构。 2、试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。 3、FeAl为电子化合物，计算其电子浓度，Fe、Al的价电子贡献分别为0和+3。 4、下列合金相为何种类型 Cr7C3 、Mg2Pb、 WC 、FeAl、Cu3Al、Fe4N、Fe3C 思 考 题 材料科学基础 崔接武 金属材料工程系 jwcui@hfut.edu.cn 2014.03 第二章 合金相晶体结构 2.1 合金相的晶体结构 合金（Alloy）：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。 组元（Component）：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素，也可以是稳定的化合物——相。 单相合金 两相合金 显微组织(microscopic structure): 是指在显微镜下观察到的金属中各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。 相（Phase）：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构和性质，并以界面相互分开的组成部分。 单相和多相 相 phase 根据结构特点 固溶体 Solid solution 中间相 Intermediate phase (金属间化合物 Intermetallic compound) 置换固溶体 Substitutional solid solution 间隙固溶体 Interstitial solid solution 正常价化合物 Nomal-vanlency compound 电子化合物 Electron compound / Hume-Rothery phase 尺寸因素化合物 Size-related compound 2.1.1 固溶体 solid solution 合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称固溶体，习惯以?、?、?表示。 与合金晶体结构相同的元素称溶剂solvent，其它元素称溶质solute。 固溶体是合金的重要组成相，实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。 2.1.1 固溶体 solid solution 置换固溶体 间隙固溶体 溶质所处位置不同 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置 溶质原子嵌入溶剂晶格间隙 ⑴ 置换固溶体 substitutional solid solution 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体， 呈有序分布的称有序固溶体。 ⑵ 间隙固溶体 interstitial solid solution 溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。 形成间隙固溶体的一般规律为 r质/r剂0.59。 间隙固溶体都是无序固溶体。 （3）固溶体的溶解度 是指溶质原子在固溶体中的极限浓度。 溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体，组成元素无限互溶的固溶体称无限固溶体。 Cu-Ni无限固溶体 Cu-Zn有限固溶体 固溶体 化合物 固溶体溶解度的影响因素 1、晶体结构 crystal structure： 晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。组元的晶体结构类型不同，其溶解度是有限的。 a b c d e f AB组元置换示意图 固溶体的溶解度影响因素 2、原子尺寸 atomic size： 组元的原子半径差?r15%时，有利于形成溶解度较大的固溶体；当?r ? 15%时， ?r 越大则溶解度越小。 Dr越大，溶入后点阵畸变程度愈大，致使畸变能愈高，结构的稳定性降低，则溶解度愈小。 3、化学亲和力（电负性因素）chemical affinity： 组元间电负性相近，可能具有大的溶解度；电负性差大，则化学亲和力大，易形成化合物，而不利于形成固溶体，固溶体的溶解度愈小。 固溶体的溶解度影响因素 4、电子浓度因素 electron concentration factor： 电子浓度electron concentration: 就是合金中价电子数目与原子数目的比值，即e/a 。 (e/a)A和(e/a)B分别为溶剂和溶质的价电子贡献，x为溶质的原子百分数 (at. %)。 A100-xBx合金 Cu-based solid solution alloys Ag-based solid solution alloys 固溶体的电子浓度有一极限值，即晶体结构相同的极限固溶体合金对应相同的电子浓度，FCC固溶体合金的极限电子