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1、第3章二元合金的相結構與結晶1本章知識結構二元合金相圖的建立相圖分析二元相圖的分析和使用勻晶相圖及固溶體的凝固共晶相圖及合金的凝固包晶相圖及合金的凝固其他類型的二元合金相圖合金中的相及相結構2為何工業(yè)上很少使用純金屬,而多使用合金?3.1合金中的相及相結構3雖然純金屬在工業(yè)上獲得了一定的應用，但由于純金屬的性能有一定的局限性，特別是強度等重要性能指標往往不能滿足要求，因此它的應用范圍也受到了限制。實際使用的金屬材料絕大部分是合金，合金化后純金屬的性能得到大大的提高，合金化是提高純金屬性能的最主要的途徑。所謂合金是由兩種或兩種以上的金屬
2、或金屬與非金屬，經過熔煉、燒結或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質。4工業(yè)純Fe、Al、Cu合金化前后σb的變化5合金兩種或兩種以上金屬元素，或金屬元素與非金屬元素，經熔煉、燒結或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質。組元組成合金最基本的獨立的物質，通常組元就是組成合金的元素。相是合金中具有同一聚集狀態(tài)、相同晶體結構，成分和性能均一，并以界面相互分開的組成部分。6固溶體中間相(金屬化合物)間隙固溶體置換固溶體合金相7（1）固溶體一種組元(溶質)溶解在另一種組元(溶劑，一般是金屬)中，其特點是溶劑（或稱基體）的點陣類型不變。8溶質和溶
3、劑原子占據(jù)一個共同的布拉菲點陣，且此點陣類型和溶劑點陣類型相同。有一定的成分范圍，也就是說，組元的含量可在一定范圍內改變而不會導致固溶體點陣類型的改變。由于固溶體的成分范圍是可變的，而且有一個溶解度極限，故通常固溶體不能用一個化學式來表示。具有比較明顯的金屬性質，例如，具有一定的導電、導熱性和一定的塑性等等。固溶體中的結合鍵主要是金屬鍵。固溶體的特點9固溶體的分類按溶質原子在溶劑晶格中的位置，固溶體可分為置換固溶體與間隙固溶體兩種。置換固溶體間隙固溶體10按溶質原子在固體中的溶解度，固溶體可分為有限固溶體和無限固溶體兩種。按溶質原子在
4、固溶體內分布是否有規(guī)則，固溶體分為有序固溶體和無序固溶體兩種。11置換固溶體的固溶度絕大多數(shù)金屬元素之間都能形成置換固溶體，但是只有少部分金屬元素之間，可以形成無限固溶體，即不同溶質元素在不同溶劑中的固溶度大小是不相同的。固溶度的大小，主要受以下一些因素的影響：（a）組元的晶體結構類型（b）原子尺寸因素（c）電負性因素（化學親和力）（d）電子濃度因素12晶體結構相同是組元間形成無限固溶體的必要條件，組元間要無限互溶，晶體結構類型必須要相同。因為只有這樣，組元之間才可能連續(xù)不斷地置換而不改變溶劑的晶格類型。形成有限固溶體時，如果溶質與溶
5、劑的晶體結構類型相同，則溶解度通常也較不同結構時為大；否則，反之。（a）組元的晶體結構類型13所謂原子尺寸因素，是指形成固溶體的溶質原子半徑與溶劑原子半徑的相對差值大小，常以⊿R表示。⊿r＝（rA－rB）/rA×100%⊿R越大，固溶度越小，這是因為溶質原子溶入將引起溶劑晶格產生畸變。隨著溶質原子溶入量的增加，引起的晶格畸變亦越嚴重，畸變能越高，結構穩(wěn)定性越低。所以⊿R的大小限制了固溶體中的固溶度。顯然，溶入同量溶質原子時，⊿R越大，引起的晶格畸變越大，畸變能越高，極限溶解度就越小。（b）原子尺寸因素14形成置換固溶體時的點陣畸變15
6、元素的原子直徑（虛線表示與鐵的原子直徑相差１５﹪的上下限）16元素間化學親和力的大小顯著影響它們之間的固溶度。如果它們之間的化學親和力很強，則傾向于形成化合物而不利于形成固溶體；即使形成固溶體，固溶度亦很小。電負性是指元素吸引電子的能力，即表示該元素的原子在化學反應中或和異類原子形成合金時，能夠得到電子成為負離子的能力。元素的電負性具有周期性，同一周期的元素，其電負性隨原子序數(shù)的增大而增大；而在同一族元素中，電負性隨原子序數(shù)增大而減小。（c）電負性因素17人們在研究以Cu、Ag、Au為基的固溶體時，發(fā)現(xiàn)隨著溶質原子價的增大，其溶解度極
7、限減少。如果將濃度坐標以電子濃度來表示，則它們的溶解度極限是近似重合的。所謂電子濃度是指固溶體中價電子數(shù)目e與原子數(shù)目a之比。除此之外，固溶度還與溫度有密切關系。在大多數(shù)情況下溫度越高，固溶度越大。而對少數(shù)含有中間相的復雜合金系(例Cu-Zn)，則隨溫度升高，固溶度減小。（d）電子濃度因素18當一些原子半徑比較小的非金屬元素作為溶質溶入金屬或化合物的溶劑中時，這些小的溶質原子不占有溶劑晶格的結點位置，而存在于間隙位置，形成間隙固溶體。形成間隙固溶體的溶劑元素大多是過渡族元素，溶質元素一般是原子半徑小于0.1nm的一些非金屬元素，即氫、
8、硼、碳、氮、氧等。溶質原子存在于間隙位置上引起點陣畸變較大，所以它們不可能填滿全部間隙，而且一般固溶度都很小。固溶度大小除與溶質原子半徑大小有關以外，還與溶劑元素的晶格類型有關，因為它決定了間隙的大小。間隙固溶體19溶質
