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1、合金的相结构 2021/8/311一、基本概念1 合金 (1)合金:两种或两种以上的金属,或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。 (2)组元:组成合金最基本的物质。(如一元、二元、三元合金,可以是元素,也可以是化合物。 (3)合金系:给定合金以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的总称。如Fe-C,Fe-Cr等。2021/8/3122 相 (1)相:材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。 (2)组织:由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合体。 如单相、两相、多相合金。金属及合金的组织一般应 用显微镜才能看到,所以常称显微组织。 一、基本概念2021/8/313(2)相的分类
2、 合金中的相按结构可分为固溶体和金属化合物。 固溶体:晶体结构与其某一组元相同的相。 金属化合物(中间相):组成原子有固定比例,其结构与组成组元均不相同的相。一、基本概念2021/8/314二、固溶体 1、定义:合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。与固溶体晶格相同的组元为溶剂,一般在合金中含量较多;另一组元为溶质,含量较少。 固溶体用、等符号表示。A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用表示, 亦可表示为Cu(Zn)。2021/8/315 2、分类按溶质原子在溶剂晶格中的位置,
3、固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。按溶质原子在溶剂中的溶解度,固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。按溶质原子在固溶体中分布是否有规律,固溶体分无序固溶体和有序固溶体两种。 在一定条件(如成分、温度等)下,一些合金的无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变叫做有序化。二、固溶体 2021/8/316二、固溶体 间隙固溶体置换固溶体2021/8/317二、 固溶体 3、 置换固溶体(1)置换固溶体:溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。(2)影响置换固溶体溶解度的因素a 原子尺寸因素 原子尺寸差越小,越易形成置换固溶体,且溶解度越大。 r=(rA-rB)/rA 当r15%时,有利于大量互溶。2
4、021/8/318二、 固溶体 b 晶体结构因素 结构相同,溶解度大,有可能形成无限固溶体。 c 电负性因素 电负性差越小,越易形成固溶体,溶解度越大。 d 电子浓度因素 电子浓度e/a越大,溶解度越小。e/a有一极限值,与溶剂晶体结构有关。一价面心立方金属为1.36,一价体心立方金属为1.48。 (上述四个因素并非相互独立,其统一的理论的是金属与合金的电子理论。)2021/8/319二、 固溶体 4、 间隙固溶体 (1)组成:原子半径较小(小于0.1nm)的非金属元素溶入金属晶体的间隙。 (2)影响因素:原子半径和溶剂结构。 (3)溶解度:一般都很小,只能形成有限固溶体。 2021/8/31
5、10二、固溶体 5、 固溶体的结构(1)晶格畸变。(2)偏聚与有序:取决于同类原子和异类原子间结合力的相对大小。完全无序、偏聚、部分有序、完全有序。2021/8/3111二、固溶体 6、 固溶体的性能 固溶体的强度和硬度高于纯组元,塑性则较低。(1)固溶强化:晶格畸变增大位错运动的阻力, 使金属的滑移变形变得更加困难,从而提高合金的强度和硬度。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。 固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当时,可显著提高材料的强度和硬度,而塑性和韧性没有明显降低。2021/8/3112纯铜的b 为220MPa, 硬度为40HBS, 断面收缩率为70%
6、。当加入1%镍形成单相固溶体后, 强度升高到390MPa, 硬度升高到70HB, 而断面收缩率仍有50%。所以固溶体的综合机械性能很好, 常常作为结构合金的基体相。固溶体与纯金属相比, 物理性能有较大的变化, 如电阻率上升, 导电率下降, 磁矫顽力增大。二、固溶体 2021/8/3113三、 金属间化合物 中间相是由金属与金属,或金属与类金属元素之间形成的化合物,这些化合物结构一般比较复杂,而且具有金属特性,所以也称为金属间化合物。 包括:正常价化合物、电子化合物(电子相)、 间隙化合物 。 2021/8/3114三、金属间化合物 1 正常价化合物 (1)形成:电负性差起主要作用,符合原子价规
7、则。 (2)键型:随电负性差的减小,分别形成离子键、共价键、金属键。 (3)组成:AB或AB2。 2021/8/3115l2 电子化合物(电子相)l (1)形成:电子浓度起主要作用,不符合原子价规则。l (2)键型:金属键(金属金属)。l (3)组成:电子浓度对应晶体结构,可用化学式表示,可形成以化合物为基的固溶体。三、金属间化合物 2021/8/3116三、金属间化合物 3 间隙化合物 (1)形成:尺寸因素起主要作用。 (2)结构:复杂间隙化合物:主要是铁、钴、铬、锰的化合物,结构复杂。如Fe3C。简单间隙化合物(间隙相):金属原子呈现新结构,非金属原子位于其间隙,结构简单。如面心立方VC。 (3)组成:可用化学式表示,可形成固溶体,复杂间隙化合物的金属元素可被置换。2021/8/31172021/8/31182021/8/3119三、 金属间化合物 4 金属化合物的特性 (1)力学性能:高硬度、低塑性,即硬而脆。合金中含有金属化合物时, 强度、硬度和耐磨性提高, 而塑性和韧性降低。 金属化合物是工具钢、高速钢等钢中的重要组成相。 (2)物化性能:具有电学、磁学、声学性质等,可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料等。2021/8/3120部分资料从网络收集整理而来,供大家参考,感谢您的关注!