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1、第八節(jié)合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶過(guò)程一、基本概念●組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱(chēng)為組元。●由兩種或兩種以上的組元按不同比例配制而成的一系列不同化學(xué)成分的所有合金，稱(chēng)為合金系。●相是指在一個(gè)合金系統(tǒng)中具有相同的物理性能和化學(xué)性能，并與該系統(tǒng)的其余部分以界面分開(kāi)的部分。●組織是指用金相觀察方法，在金屬及其合金內(nèi)部看到的涉及晶體或晶粒的大小、方向、形狀、排列狀況等組成關(guān)系的構(gòu)造情況。二、合金的晶體結(jié)構(gòu)根據(jù)合金中各組元之間的相互作用，合金中的晶體結(jié)構(gòu)可分為固溶體、金屬化合物及機(jī)械混合物三種類(lèi)型。（一）固溶體●合金在固態(tài)下一種組
2、元的晶格內(nèi)溶解了另一種原子而形成的晶體相，稱(chēng)為固溶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占位置的不同，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體。1．置換固溶體●溶質(zhì)原子代替一部分溶劑原子，占據(jù)溶劑晶格的部分結(jié)點(diǎn)位置時(shí)，所形成的晶體相，稱(chēng)為置換固溶體。按溶質(zhì)溶解度的不同，置換固溶體又可分為有限固溶體和無(wú)限固溶體。a)置換固溶體b)間隙固溶體圖1-32固溶體的類(lèi)型2．間隙固溶體●溶質(zhì)原子在溶劑晶格中不占據(jù)溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)位置，而是嵌入溶劑晶格的各結(jié)點(diǎn)之間的間隙內(nèi)時(shí)，所形成的晶體相，稱(chēng)為間隙固溶體。無(wú)論是置換固溶體，還是間隙固溶體，
3、異類(lèi)原子的插入都將使固溶體晶格發(fā)生畸變，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使固溶體的強(qiáng)度、硬度提高。這種通過(guò)溶入溶質(zhì)原子形成固溶體，使合金強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。a）間隙固溶體b）置換固溶體（大溶質(zhì)原子）c）固溶體（小溶質(zhì)原子）圖1-33形成固溶體時(shí)產(chǎn)生的晶格畸變（二）金屬化合物●金屬化合物是指合金中各組元之間發(fā)生相互作用而形成的具有金屬特性的一種新相。金屬化合物具有與其構(gòu)成組元晶格截然不同的特殊晶格，熔點(diǎn)高，硬而脆。（三）機(jī)械混合物●由兩相或兩相以上組成的多相組織，稱(chēng)為機(jī)械混合物。在
4、機(jī)械混合物中各組成相仍保持著它原有晶格的類(lèi)型和性能，而整個(gè)機(jī)械混合物的性能則介于各組成相的性能之間，并與各組成相的性能以及相的數(shù)量、形狀、大小和分布狀況等密切相關(guān)。三、合金結(jié)晶過(guò)程合金的結(jié)晶過(guò)程與純金屬一樣，也是晶核形成和晶核長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。同時(shí)結(jié)晶時(shí)也需要一定的過(guò)冷度，結(jié)晶后形成由多晶體。合金的結(jié)晶過(guò)程中具有如下特點(diǎn)：（1）純金屬的結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行，只有一個(gè)結(jié)晶溫度。而絕大多數(shù)合金是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶的，一般結(jié)晶的開(kāi)始溫度與終止溫度是不相同，一般有兩個(gè)結(jié)晶溫度。（2）合金在結(jié)晶過(guò)程中，在局部范圍內(nèi)相的化學(xué)成分（
5、即濃度）有差異，當(dāng)結(jié)晶終止后，整個(gè)晶體的平均化學(xué)成分與原合金的化學(xué)成分相同。（3）合金結(jié)晶后一般有三種情況：第一種情況是形成單相固溶體；第二種情況是形成單相金屬化合物或同時(shí)結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物(如共晶體)；第三種情況是結(jié)晶開(kāi)始時(shí)形成單相固溶體，剩余液體又同時(shí)結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物(如共晶體)。四、合金結(jié)晶冷卻曲線(xiàn)合金結(jié)晶過(guò)程比純金屬?gòu)?fù)雜得多，但其結(jié)晶過(guò)程仍可用結(jié)晶冷卻曲線(xiàn)來(lái)描述。一般合金的結(jié)晶冷卻曲線(xiàn)有以下三種形式：圖1-34合金的結(jié)晶冷卻曲線(xiàn)Ⅰ—形成單相固溶體Ⅱ—形成單相金屬化合物或析出共晶體Ⅲ—形成機(jī)械混合物●從一
6、定化學(xué)成分的液體合金中同時(shí)結(jié)晶出兩種固相物質(zhì)，則該轉(zhuǎn)變過(guò)程稱(chēng)為共晶轉(zhuǎn)變(或稱(chēng)共晶反應(yīng))，其結(jié)晶產(chǎn)物稱(chēng)為共晶體。共晶轉(zhuǎn)變是在恒溫下進(jìn)行的。●在固態(tài)下由一種單相固溶體同時(shí)析出兩相固體物質(zhì)，稱(chēng)為共析轉(zhuǎn)變(或稱(chēng)共析反應(yīng))。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變一樣，也是在恒溫條件下進(jìn)行的。
