元合金的相結(jié)構(gòu)與相

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1、第三章二元合金的相結(jié)構(gòu)與相圖本章目的：1討論合金中的相概念及其類(lèi)型；2介紹各種類(lèi)型的基本二元相圖；3說(shuō)明相圖與合金性能間的對(duì)應(yīng)關(guān)系本章要求：1組元、相、組織、組織組成物等基本概念；2固溶體和化合物的本質(zhì)區(qū)別和性能特點(diǎn)；3掌握分析相圖的基本方法；4正確運(yùn)用杠桿定律。合金:一種金屬元素與另一種或幾種其它元素，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。Pb-Sn合金,鋼（Fe-C）,錫青銅(Cu-Sn(<14%)）§1合金的相結(jié)構(gòu)組元——組成合金最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。Fe-C合金：Fe(組元一)-Fe3C(組元二)合金系——由給定的組元以不同的比例配制成的一系列成分不同

2、的合金系統(tǒng)。例：Fe-C:90%Fe-10%C、80%Fe-20%C、50%Fe-50%C、20%Fe-80%CFe-Cr-C根據(jù)組元數(shù)分為：二元合金、三元合金、多元合金。合金相——指合金中結(jié)構(gòu)相同，成分和性能均一，并有界面與其他部分分開(kāi)的均勻組成部分。(phase)金屬或合金均由相構(gòu)成——單相合金、多相合金。——用α、β、γ、δ、η、θ等表示例：純鐵、鋼中的相純鐵：α-Fe；鋼：鐵素體(α)＋滲碳體(Fe3C)；α相α相Fe3C相純鐵0.45%C鋼相結(jié)構(gòu)，實(shí)指合金的晶體結(jié)構(gòu)（一）固溶體合金組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的、且晶格類(lèi)型與組元之一相同的固相稱(chēng)之為固溶體。（

3、二）金屬化合物定義：合金組元相互作用形成的晶格類(lèi)型和特性完全不同于任一組元的新相稱(chēng)之為金屬化合物。一、相的分類(lèi)二合金的相結(jié)構(gòu)（一）固溶體1、固溶體的分類(lèi)**按溶質(zhì)原子在晶格中所占的位置分類(lèi)置換固溶體（1）置換固溶體—溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格結(jié)點(diǎn)所形成的固溶體——代位固溶體90％Cu-10％Ni合金例：C固溶于α－Fe中形成間隙固溶體┗鐵素體C固溶于γ－Fe中形成間隙固溶體┗奧氏體（2）間隙固溶體——溶質(zhì)原子填入溶劑晶格的空隙位置所形成的固溶體。間隙固溶體**按固溶度分類(lèi)（1）有限固溶體——溶質(zhì)原子在固溶體中的濃度有一定的限度，超過(guò)這個(gè)限度就不再溶解，這個(gè)限度稱(chēng)為固溶度。（2）無(wú)

4、限固溶體——溶質(zhì)原子能以任意比例溶入溶劑，固溶度可達(dá)到100%。按溶質(zhì)原子在固溶體中分布是否有規(guī)律分類(lèi)（1）無(wú)序固溶體——溶質(zhì)原子隨機(jī)地分布于溶劑晶格中。（2）有序固溶體——溶質(zhì)原子按一定的規(guī)律分布在溶劑晶格中。CuAu中Cu原子：簡(jiǎn)單四方晶系亞點(diǎn)陣Cu3Au中Cu原子：體心四方晶系亞點(diǎn)陣有序固溶體特點(diǎn)：——溶質(zhì)原子可形成自己的亞點(diǎn)陣——一定條件下固溶體可在有序和無(wú)序間相互轉(zhuǎn)化：溫度、成分例：Fe-Al合金室溫下,成分變化時(shí)：a.Fe－Al(<25%atm)合金——無(wú)序相：α相b.Fe－Al(25%~35%atm)合金——有序相：Fe3Alc.Fe－Al(35%～50％at

5、m)合金——有序相：FeAl成分固定，溫度變化時(shí)：Fe3Al：<550℃：完全有序550℃～950℃：部分有序>950℃：完全無(wú)序固溶體Fe3Al——金屬間化合物新材料2置換固溶體及影響因素金屬元素之間一般都能形成置換固溶體，但固溶度往往相差很大。如Cu:Ni無(wú)限互溶，Zn最大溶解度為39%，Pb幾乎不溶解于銅?！茉亻g原子尺寸、化學(xué)親和力、結(jié)構(gòu)類(lèi)型等影響。（1）原子尺寸因素組元間原子半徑越相近，固溶度越大。原因：溶質(zhì)原子引起溶劑晶格的點(diǎn)陣畸變，產(chǎn)生畸變能，晶格畸變能越高，晶格越不穩(wěn)定，當(dāng)畸變能高到一定程度，溶質(zhì)原子將不再能溶入固溶體，只能形成其它新相。溶劑與溶質(zhì)原子的

6、尺寸差別可用Δr/r衡量：Δr/r=(r溶劑-r溶質(zhì))/r溶劑（2）負(fù)電性S原子、Al原子與Fe原子大小相差接近，但Al在Fe中溶解度大——負(fù)電性因素負(fù)電性:指元素的原子自其它原子奪取電子而變?yōu)樨?fù)離子的能力。┗可衡量元素間的化學(xué)親和力，即形成化合物的傾向性——取決于兩元素在周期表中的位置，相距越遠(yuǎn)，負(fù)電性相差越大，越易形成化合物?！亻g負(fù)電性相差越小，越易形成固溶體，而且固溶體的固溶度也較大。Δr/r分別為：0.12、0.18dAl=2.85;dS=2.08；dFe=2.54（3）晶體結(jié)構(gòu)因素晶體結(jié)構(gòu)相同，溶解度較大。無(wú)限固溶體——溶質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)一定相同

7、(如Cu-Ni合金等)例Fe合金：Ni、Co、Cr、V與Fe原子尺寸差別<8%,Ni、Co與Fe形成面心立方晶格無(wú)限固溶體Cr、V與Fe形成體心立方晶格無(wú)限固溶體（4）電子濃度因素——原子價(jià)因素電子濃度:價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目之比現(xiàn)象：溶質(zhì)元素的原子價(jià)越高，溶解度較小。原因：固溶體中的電子濃度存在極限值。不同晶體結(jié)構(gòu)的極限電子濃度不同：F.C.C：1.36B.C.C:1.483間隙固溶體當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的原子半徑之比小于0.59時(shí)，可能形成間隙固溶體。如小原子的碳(0.077nm)、氮(0.071nm)、另氧、氫、硼等非