合金中的相及相結(jié)構(gòu)

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1、第3章二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1本章知識(shí)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)3雖然純金屬在工業(yè)上獲得了一定的應(yīng)用，但由于純金屬的性能有一定的局限性，特別是強(qiáng)度等重要性能指標(biāo)往往不能滿足要求，因此它的應(yīng)用范圍也受到了限制。實(shí)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

2、。所謂合金是由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬，經(jīng)過熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。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(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。組元組成合金最基本的獨(dú)立的物質(zhì)，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(jié)構(gòu)，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(zhì))溶解在另一種組元(溶劑

3、，一般是金屬)中，其特點(diǎn)是溶劑（或稱基體）的點(diǎn)陣類型不變。8溶質(zhì)和溶劑原子占據(jù)一個(gè)共同的布拉菲點(diǎn)陣，且此點(diǎn)陣類型和溶劑點(diǎn)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(nèi)改變而不會(huì)導(dǎo)致固溶體點(diǎn)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(gè)溶解度極限，故通常固溶體不能用一個(gè)化學(xué)式來表示。具有比較明顯的金屬性質(zhì)，例如，具有一定的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和一定的塑性等等。固溶體中的結(jié)合鍵主要是金屬鍵。固溶體的特點(diǎn)9固溶體的分類按溶質(zhì)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

4、換固溶體間隙固溶體10按溶質(zhì)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(zhì)原子在固溶體內(nèi)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(zhì)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(jié)構(gòu)類型（b）原子尺寸因素（c）電負(fù)性因素（化學(xué)親和力）（d）電子濃度因素12晶體結(jié)構(gòu)相同是組元間形成無限固溶體的必要條件，組

5、元間要無限互溶，晶體結(jié)構(gòu)類型必須要相同。因?yàn)橹挥羞@樣，組元之間才可能連續(xù)不斷地置換而不改變?nèi)軇┑木Ц耦愋汀Ｐ纬捎邢薰倘荏w時(shí)，如果溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型相同，則溶解度通常也較不同結(jié)構(gòu)時(shí)為大；否則，反之。（a）組元的晶體結(jié)構(gòu)類型13所謂原子尺寸因素，是指形成固溶體的溶質(zhì)原子半徑與溶劑原子半徑的相對(duì)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?yàn)槿苜|(zhì)原子溶入將引起溶劑晶格產(chǎn)生畸變。隨著溶質(zhì)原子溶入量的增加，引起的晶格畸變亦越嚴(yán)重，畸變能越高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越低。所以⊿

6、R的大小限制了固溶體中的固溶度。顯然，溶入同量溶質(zhì)原子時(shí)，⊿R越大，引起的晶格畸變?cè)酱螅兡茉礁?，極限溶解度就越小。（b）原子尺寸因素14形成置換固溶體時(shí)的點(diǎn)陣畸變15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(xué)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(xué)親和力很強(qiáng)，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(fù)性是指元素吸引電子的能力，即表示該元素的原子在化學(xué)反應(yīng)中或和異類原子形成合金時(shí)，能夠得到電子成為負(fù)離子的能力。元素的電負(fù)性具

7、有周期性，同一周期的元素，其電負(fù)性隨原子序數(shù)的增大而增大；而在同一族元素中，電負(fù)性隨原子序數(shù)增大而減小。（c）電負(fù)性因素17人們?cè)谘芯恳訡u、Ag、Au為基的固溶體時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著溶質(zhì)原子價(jià)的增大，其溶解度極限減少。如果將濃度坐標(biāo)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(jià)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(guān)系。在大多數(shù)情況下溫度越高，固溶度越大。而對(duì)少數(shù)含有中間相的復(fù)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(dāng)一些原

8、子半徑比較小的非金屬元素作為溶質(zhì)溶入金屬或化合物的溶劑中時(shí)，這些小的溶質(zhì)原子不占有溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)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(zhì)元素一般是原子半徑小于0.1nm的一些非金屬元素，即氫、硼、碳、氮、氧等。溶質(zhì)原子存在于間隙位置上引起點(diǎn)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(zhì)原子半徑大小有關(guān)以外，還與溶劑元素的晶格類型有關(guān)，因?yàn)樗鼪Q定了間隙的大小。間隙固溶體19溶質(zhì)