合金相的结构基础知识培训资料.ppt
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1、第三章 合金相结构,合金:指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 组成合金的基本的独立的物质称为组元。一般,组元就是组成合金的元素(化合物)。 E.g.黄铜,铁碳合金。 相:指金属或合金中具有同一聚集状态,同一结构和性质,并与其它部分有明显界面分开的均匀组成部分。 合金相基本上分为固溶体和金属化合物(中间相)两大类。,组织:由尺寸、形态和分布方式不同的一种或多种相构成的总体,以及缺陷,损伤。 宏观组织(用肉眼或借助于放大镜观察) 显微组织(用显微镜观察) 电子显微组织(电子显微镜观察) 相组织材料,相的分类及影响因素,相:固溶体和金属化合物
2、影响因素: 1)负电性因素 2)原子尺寸因素 3)电子浓度因素,2.3.1. 固溶体(solid solution) 固溶体是以某一组元为溶剂,在其晶体点阵中溶入其他组元原子(溶质原子)所形成的均匀混合的固态溶体,它保持着溶剂的晶体结构类型。 按溶质原子在溶剂点阵中所处的位置,可将固溶体分为置换固溶体(substitutional solid solution)和间隙固溶体(interstitial solid solution )。,(1).置换固溶体 当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时,溶质原子占据溶剂点阵的阵点,或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子,这种固溶体就称为置换固溶体。 金属
3、元素彼此之间一般都能形成置换固溶体,但溶解度视不同元素而异,有些能无限溶解,有的只能有限溶解。,(a) 完全互溶的液态Cu-Ni合金单相液体;(b)完全互溶的固态Cu-Ni合金单相固溶体;(c)WZn 39%的Cu-Zn合金中由固溶体和化合物CuZn两相组成。,影响溶解度的因素主要取决于:a.晶体结构, b.原子尺寸,c.化学亲和力(电负性),d.原 子价 a.晶体结构-晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。 b.原子尺寸因素-原子半径差r15时,有利于形成溶解度较大的固溶体;而当r15时,r越大,则溶解度越小。,合金元素在铁中的溶解度,c.化学亲和力(电负性因素)-合金组元间电负性差
4、愈大,倾向于生成化合物而不利于形成固溶体;只有电负性相近的元素才可能具有大的溶解度。 d.原子价因素-在某些以一价金属(如Cu,Ag,Au)为基的固溶体中,溶质的原子价越高,其溶解度越小。,元素的电负性(虚线表示铁的电负性数值),铜合金的固相线和固溶度曲线,银合金的固相线和固溶度曲线,(2).间隙固溶体 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。 形成间隙固溶体的溶质原子通常是原子半径小于0.1nm的一些非金属元素。如H,B,C,N,O等。 间隙固溶体的溶解度与溶质原子的大小有关,还与溶剂晶体结构中间隙的形状和大小等因素有关。E.g. -Fe中W(c)=2.11%, -Fe中 W
5、(c)=0.0218%。,(3).固溶体的微观不均匀性,完全无序的固溶体是不存在的。在热力学上处于平衡状态的无序固溶体中,溶质原子的分布在宏观上是均匀的,但在微观上并不均匀。 在一定条件下,它们甚至会呈有规则分布,形成有序固溶体。这时溶质原子存在于溶质点阵中的固定位置上,而且每个晶胞中的溶质和溶剂原子之比也是一定的。 有序固溶体的点阵结构有时也称超结构。,(4). 固溶体的性质 和纯金属相比,由于溶质原子的溶入导致固溶体的点阵常数、力学性能、物理和化学性能产生了不同程度的变化: a点阵常数改变 对置换固溶体而言,当原子半径rBrA时,平均点阵常数增大;当rBrA时,平均点阵常数减小。对间隙固溶
6、体而言,点阵常数随溶质原子的溶入总是增大的。,b产生固溶强化 和纯金属相比,固溶体的一个最明显的变化是由于溶质原子的溶入,使固溶体的强度和硬度升高。这种现象称为固溶强化。 c物理和化学性能的变化 固溶体合金随着固溶度的增加,点阵畸变增大,一般固溶体的电阻率升高,同时降低电阻温度系数。 E.g. Si溶入-Fe中可以提高磁导率;不锈钢中至少含有13以上的Cr原子。,2.3.2.金属化合物组元在固态下相互作用而形成的一种新物质。 两组元A和B组成合金时,除了可形成以A为基或以B为基的固溶体(端际固溶体)外,还可能形成晶体结构与A,B两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间,故通
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