材料科学基础-固体结构-3.ppt

2.3 合金相结构 概 述 1.?合金(alloy)----两种或两种以上的金属或金属与非金属经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组元----组成合金的基本单元。(如一元、二元、三元合金)。组元可以是金属和非金属,也可以是化合物 2. 组织(structure)----材料中的直观形貌,可以用肉眼观察到,也可以借助于放大镜、显微镜观察到的微观形貌。分为: 宏观组织:肉眼或是30倍放大镜所呈现的形貌；显微组织:显微镜观察而呈现的形貌。 3.?相(phase)----合金中具有同一聚集状态,同一化学成分、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。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。 相分类:固溶体和中间相(金属间化合物) 固溶体—— 中间相—— 中间相可以用分子式来大致表示其组成。 合金相的性质由以下三个因素控制: （1）电化学因素(电负性或化学亲和力因素) 电负性—化学亲和力越大越容易形成化合物，电负性相近的元素容易形成固溶体。 （2）原子尺寸因素 △r=（rA－rB)/rA △r越大，越易形成中间相。 △r越小，越易形成固溶体 （3）原子价因素(电子浓度因素): C电子=[A(100－x) ＋Bx]/100 C越大，越易形成化合物； C越小，越易形成固溶体 2.3.1 固溶体 固溶体(solid solution) ： 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。 固溶体的最大特点是保持溶剂的晶体结构。 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)。 1. 固溶体分类 (1)按溶质原子在点阵中所占位置分为： 置换固溶体(substitutional solid solution)：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。(Cu-Ni合金) 间隙固溶体(interstitial solid solution) ：溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。 (2)按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类： 有限固溶体：在一定条件下,溶质原子在溶剂中的溶解量有一个上限,起过这个限度就形成新相。 无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形成的。如: Cu—Ni Au—Ag Ti—Zr····，结构相同。 (3)按溶质原子在溶剂中的分布特点分类 无序固溶体：溶质原子在溶剂中任意分布,无规律性。 有序固溶体：溶质原子按一定比例和有规律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。 (4)按基体类型分类： 一次固溶体：以纯金属为基形成的固溶体。 二次固溶体：以化合物为基形成的固溶体。 固溶体的两种类型（置换和间隙） 有序固溶体－短程 有序固溶体－长程 有序固溶体－偏聚 2. 置换固溶体 置换固溶体一般在金属元素之间形成，但要有一定条件。 (1)晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。否则只能形成有限固溶体。 (2)原子尺寸在其它条件相近时,△r15% 或r质/r剂0.85固溶体中溶解度较大,否则较小。 如:铁基合金中，△r8%才能形成无限固溶体。 铜基合金中，△r10%才能形成无限固溶体。 (3)电负差越大,两者间亲和力大,易形成中间相。否则易形成固溶体。 (4)电子浓度值大易形成化合物；电子浓度小易形成固溶体。 （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。） 置换固溶体示意图 置换固溶体大小溶质原子引起的点阵畸变 3. 间隙固溶体 间隙固溶体的的溶质原子是一些原子半径小于0.1nm的非金属元素（如C、N、O、、H、B）。 其形成条件是 △r41% 或 r质/r剂0.59 间隙固溶体只能是有限固溶体,一般溶解度较小。如：碳原子在α－Fe（最大Wt=0.0218%）和γ－Fe（最大Wt=2.11%）中形成的间隙固溶体为有限固溶体。 间隙固溶体示意图1 间隙固溶体示意图2 间隙固溶体中的点阵畸变 4.固溶体的微观不均匀性 固溶体中溶质原子的分布并不是完全无序的。一般认为热力学上平衡状态的无序固溶体溶质原子分布在宏观上是均匀的,在微观上是不均匀的。 在一定条件下,溶质原子和溶剂原子在整个晶体中