金属学与热处理第三章.pdfVIP

二元合金的相结构与结晶

组元——组成材料最基本的、独立的物质

合金——指由两种或两种以上的金属、或金属与非金属经熔炼或用其他方法制成的具有金属

特性的物质。

相--是指合金中结构相同，成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分

金属化合物，它的晶体结构与固溶体完全不同，成分和性能也不相同

组织：所谓合金组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态

固溶体——以合金中某一组元作为溶剂，其它组元为溶质，所形成的与溶剂有相同晶体结构、

晶格常数稍有变化的固相。

按溶质原子在溶剂晶格中所占位置：置换固溶体和间隙固溶体。

置换固溶体——溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体

间隙固溶体——溶质原子进人溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体

按溶质与溶剂原子相对分布分类

无序固溶体——溶质原子统计式地或概率地分布在溶剂的晶格中。

有序固溶体——溶质原子在溶剂晶格的结点位或溶剂晶格的间隙中，有规律的排列。

有限固溶体：在一定条件下，溶质组元在固溶体的浓度有一定的限度，超过这个限度就不再

溶解，这种限度称为溶解度或固溶度，这种固溶体是有限固溶体

无限固溶体；溶质能以任意比例溶入溶剂，固溶度的溶解度可达100%，这种称为固溶体

就称为无限固溶体。无限固溶体只可能是置换固溶体

影响置换固溶体溶解度的因素

尺寸因素、晶体结构、电负性差及电子浓度是影响固溶体溶解度的四个主要因素

(1)尺寸因素

组元间的原子半径越相近，则固溶体的固溶度越大。

晶格畸变（溶质原子相邻的溶剂原子偏离其平衡位置）

溶质原子溶入溶剂晶格引起晶格的点阵畸变。溶质点阵的膨胀与收缩导致晶体能量升高，

这种升高的能量称为晶格畸变能。溶质原子引起的点阵畸变能越大，固溶体的溶解度就越小。

组元间的原子半径相差越大，晶格畸变能越高，晶格便不稳定。

当溶质原子溶入很多时，则单位体积的晶格畸变能越高，直至溶质晶格不能再维持时，便达

到了固溶体的固溶度极限。如此时再继续加入溶质原子，溶质原子将不再溶入固溶体中，只

能形成其他新相

(2)晶体结构因素

组元间晶体结构相同时，固溶度较大，而且有可能形成无限固溶体。组元间晶体结构不同，

便只能形成有限固溶体。

(3)电负性差因素两元素间电负性差越小，则越易形成固溶体，而且所形成的固溶体的溶

解度也就越大；溶质与溶剂的电负性差很大时，往往形成比较稳定的金属化合物

电子浓度因素电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总和与原子总数的比值，

记作e/a。例如，合金中含有摩尔分数为x、原子价为VB的溶质原子，溶剂的原子价为VA，

则合金的电子浓度为

e/a＝VA(1－x)+VBx

固溶度主要受电子浓度影响的主要是以Cu、Au、Ag为基的固溶体：溶质元素的原子价越

高，在Cu、Au、Ag中的溶解度越小。

极限电子浓度（约为1.4）——最大固溶度时所对应的电子浓度，超过此浓度，固溶体不稳

定，会形成新相。

间隙固溶体

一些原子半径很小的溶质原子溶入到溶剂中，不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而是填入

到溶剂晶格的间隙中，形成间隙固溶体

溶剂——过渡族元素

溶质——原子半径小于0.lnm的非金属元素，如氢(0.046nm)、氧(0.061nm)、氮(0.071

nm)、碳(0.077nm)、硼(0.097nm)

只有当溶质与溶剂的原子半径比值0.59时，才能形成间隙固溶体

间隙固溶体的固溶度与溶质原子的大小及溶剂的晶格类型有关。当溶质原子溶入溶剂后，将

使溶剂的晶格常数增加，并使晶格发生畸变，溶入的溶质原子越多，引起的晶格畸变越大，

当畸变量达到一定数值后，溶剂晶格将变得不稳定。当溶质原子较小时，他所引起的晶格畸

变也较小，因此就可以溶入更多的溶质原子，固溶度也较大。

晶格类型不同，则其中的间隙形状，大小也不同。

例：面心立方晶格的最大间隙是八面体间隙，所以溶质原子都位于八面体间隙中。体心立方

晶格的致密度虽然比面心立方晶格的低，但因他的间隙数量最多，每个间隙的直径都比面心

立方晶格的小，所以他的固溶度要比面心立方晶格的小

C.N形成的间隙固溶体是钢中的重要合金相，都存在于八面体间隙中

主要表现晶格结构变化的方面

1.晶格畸变

晶格畸变的大小可以由晶格常数的变化所反映

对于置换固溶体，当溶质原子较溶剂原子大时，晶格常数增加；反之当溶质原子较溶剂原子

小时，则晶格常数减小。形成间隙固溶体时，晶格常数总是随着溶质原子的溶入而增大

2.偏聚与有序

同类原子间结合能大于异类原子间结合能：溶质原子聚集

同