第一节 固体合金中的相结构.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第三章 合金中的结构与相图 第一节 固体合金中的相结构 4h 相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。 （如单相、两相、多相合金。） 固体中的相结构 相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。 （如单相、两相、多相合金。） 固体中的相结构 相的分类: 金属中的相: 1）固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。溶剂-溶质。 2）中间相（金属间化合物）：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相。 固体中的相结构 一、 固溶体 固溶体：溶质原子溶解在溶剂的晶格结构中所形成的相。 （一）固溶体的结构与分类： 按溶质原子位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。 1 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。 置换固溶体按溶质原子分布不同，可分为无序固溶体和有序固溶体。 固溶体的结构:完全无序、偏聚、部分有序、完全有序。 偏聚与有序：取决于同类原子（A-A、B-B）和异类原子（A-B）间结合力的相对大小。 有序固溶体转变 有序固溶体在加热到某一温度以上时，将变为无序固溶体；重新冷却到该温度以下时，又会变为有序固溶体，冷却时发生的这种转变称为有序化．固溶体有序化时，许多性能会发生突变，如硬度、脆性增加，而塑性下降、电阻率下降等。 间隙固溶体 （1）组成：原子半径较小（小于0.1nm)的非金属元素C、H、O、N、B 溶入金属晶体的间隙。 （2）影响因素：原子半径和溶剂结构。 根据固溶度的大小，置换固溶体可分为 有限固溶体: Cu-Zn, Cu-Ti , Fe-W, Fe-Mo. 无限固溶体: Ni-Cu, Au-Ag, Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-Co, Fe-V. 固溶度：溶质原子在溶剂中的最大含量（极限溶解度）。 （二）溶质元素在固溶体中的溶解度 间隙固溶体的溶解度一般都很小，只能形成有限固溶体。 （三）影响固溶体结构形式和溶解度的因素 1）原子尺寸因素△r=(rA-rB)/rA 原子尺寸差越小,越易形成置换固溶体,且溶解度越大。 当△r15%时，有利于形成无限固溶体。 当15%△r30%时，只能形成有限固溶体。 当△r30%时，固溶度很小，形成化合物。 2） 电负性因素 电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。电负性差越大，越易形成化合物。 3） 电子浓度因素 所谓电子浓度就是合金中价电子数目与原子数目的比值。 主要用于一价贵金属金，银，铜作溶剂与其它元素组成的固溶体。 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。 ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? 4） 晶体结构因素 结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体。如：具有面心立方结构的 Mn、Co、Ni在面心立方结构的奥氏体Fe中溶解度较大；具有体心立方结构的Cr、Ti、Mo、W、V在体心立方结构的铁素体Fe中溶解度较大。 间隙原子在面心立方晶格的溶解度大于在体心立方中的溶解度。 晶体结构相同是形成无限固溶体 的必要条件，而非充分条件； △r15%是形成无限固溶体 的必要条件，而非充分条件；两者同时满足才可形成无限固溶体 。 （四） 固溶体的性能 点阵常数改变引起性能的变化 （1）力学性能的变化（固溶强化）：固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体。 （2）有序强化。 （3）物理、化学性能改变。 固溶体的电阻率升高；Si溶入铁中可以提高磁导率， 硅钢片是一种应用广泛的软磁材料；Cr固溶于Fe中的原子数分数达到12．5％时，电极电位上升，有效地抵抗空气、水气、稀硝酸等的腐蚀。因此，不锈钢中至少含有13％以上的Cr原子。 ?2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning? is a trademark used herein under license. 固溶强化效果的影响因素： （1）固溶体的类型：间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体。 （2）原子尺寸因素：溶质原子与容溶剂原子尺寸