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1、1Chapter7–合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶材料科學基礎李謙–寧向梅主講2ObjectivesofChapter7Thegoalofthischapteristodescribetheunderlyingphysicalconceptsrelatedtothestructureofmatter.Toexaminetherelationshipsbetweenstructureofatoms-bonds-propertiesofengineeringmaterials.Learnaboutdifferentle
2、velsofstructurei.e.atomicstructure,nanostructure,microstructure,andmacrostructure.3ChapterOutline7.1固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)7.2二元合金相圖的建立7.3勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶7.4二元共晶相圖及其合金的結(jié)晶7.5二元包晶相圖及其合金的結(jié)晶7.6二元相圖的分析方法與應用7.7其它類型的相圖7.8三元合金相圖4所謂合金就是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素經(jīng)過熔煉、燒結(jié)或用其它方法組合而成的具有金屬特
3、性的物質(zhì)。通常把組成合金的最簡單、最基本，能夠單獨存在的物質(zhì)稱為組元。組元大多數(shù)情況下是金屬或非金屬元素，但在研究范圍內(nèi)既不發(fā)生分解又不發(fā)生任何化學反應的穩(wěn)定化合物也可稱為組元。合金可分為二元合金、三元合金和多元合金。也可以按所含元素的名稱命名，例如碳鋼和鑄鐵又稱鐵碳合金，黃銅又稱銅鋅合金等。5在金屬或合金中，凡化學成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分稱之為相。合金的組織是指肉眼或借助于顯微鏡所觀察到的合金的相組成及相的數(shù)量、形態(tài)、大小、分布特征。組織可以是由一種相組成，也可以由多
4、種相組成。固態(tài)合金中的相，按其晶格結(jié)構(gòu)的基本屬性可分為固溶體和金屬間化合物兩大類。Section7.1固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)6合金結(jié)晶時若組元相互溶解所形成的固相晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元相同，則這類固相稱為固溶體。固溶體中含量較多的組元稱為溶劑。固溶體用?、?、?、?…等符號表示。（一）固溶體的分類置換固溶體：是指溶質(zhì)原子占據(jù)了溶劑原子晶格中的某些節(jié)點位置而形成的固溶體。溶質(zhì)與溶劑原子半徑相當時，易形成置換固溶體。間隙固溶體：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。當溶質(zhì)與溶劑原子半徑之比小于0.59時，
5、容易形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子是半徑很小的非金屬元素，而溶劑元素多是過渡族元素。有限固溶體：溶解度是有限的固溶體。無限固溶體：溶質(zhì)以任意比例溶入溶劑，即溶質(zhì)溶解度可達100%，則固溶體為無限固溶體，也稱連續(xù)固溶體。有序固溶體：少數(shù)合金在一定條件下，溶質(zhì)原子會以一定比例按一定規(guī)律分布在溶劑晶格結(jié)點上。無序固溶體：溶質(zhì)原子隨機地分布于溶劑晶格中形成的固溶體。7.1.1固溶體7多數(shù)置換固溶體中溶質(zhì)原子的分布通常是無序的、任意的，形成無序固溶體；少數(shù)合金（如Cu-Au合金）在一定條件下溶質(zhì)原子會以一定比例并按照一
6、定規(guī)律分布在溶劑晶格節(jié)點上，形成有序固溶體（或超結(jié)構(gòu)）。有序固溶體加熱至某一臨界溫度時將轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序固溶體，而緩慢冷卻至此溫度時又變?yōu)橛行蚬倘荏w，這種轉(zhuǎn)變過程稱之為固溶體的有序化。發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變的臨界溫度稱為固溶體的有序化溫度。有序固溶體實際上是無序固溶體與金屬間化合物的過渡相，當固溶體從無序轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驎r，合金的硬度、脆性顯著增加，而塑性、電阻率下降。置換固溶體既可以是有限固溶體也可以是無限固溶體。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子在溶劑晶格間隙中的分布往往是無序的，故形成無序固溶體。另外，由于溶劑晶格中間隙的尺寸和
7、數(shù)量是一定的，因此間隙固溶體只能是有限固溶體。7.1.1固溶體8（二）影響固溶體類型和固溶度的因素影響固溶體類型和固溶度大小的主要因素有：組元的晶格類型、原子尺寸大小、電化學特性及電子濃度等。當原子半徑、電化學特性相近，晶格類型相同的組元，即組元元素在元素周期表中的位置相近時，它們之間形成置換固溶體，并且溶解度較大，甚至形成無限固溶體。反之，則容易形成間隙固溶體，且溶解度較小。無限固溶體和有序固溶體一定是置換固溶體，而間隙固溶體都是有限固溶體，并且一定是無序的。一般說來，溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差別越小
8、，越易形成置換式固溶體，且溶解度大；晶格類型相同是形成無限固溶體的必要條件；負電性相差很大時易形成化合物；溶劑的價電子濃度升高會導致固溶體的溶解度降低。另外，固溶體的溶解度還與溫度有關，溫度越高，溶解度越大。因此高溫下已達飽和的有限固溶體在冷卻過程中，會因其溶解度的降低，致使固溶體發(fā)生分解而析出其它相。7.1.1固溶體9Solubility-Theamountofonematerialthatwillcompletelydissolvein
