03-1 第三章 合金中的结构与相图 第一节 固体合金中的相结构.pptx

第1页：合金中的结构与相图

合金中的结构与相图

第三章合金中的结构与相图4h

第2页：第一节固体合金中的相结构

第一节固体合金中的相结构

4h

第3页：相：材料中结构相同

相：材料中结构相同

成分和性能均一的组成部分。

（如单相、两相、多相合金。

）固体中的相结构

第4页：相：材料中结构相同（续）

相：材料中结构相同（续）

相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。

（如单相、两相、多相合金。

）固体中的相结构

第5页：相的分类

相的分类

• 固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。溶剂-溶质。
• 中间相（金属间化合物）：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相。固体中的相结构

第6页：固溶体

固溶体

一、固溶体固溶体：溶质原子溶解在溶剂的晶格结构中所形成的相。

（一）固溶体的结构与分类：按溶质原子位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。

第7页：置换固溶体

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。

第8页：置换固溶体的有序与无序

置换固溶体的有序与无序

置换固溶体按溶质原子分布不同，可分为无序固溶体和有序固溶体。

固溶体的结构:完全无序、偏聚、部分有序、完全有序。

偏聚与有序：取决于同类原子（A-A、B-B）和异类原子（A-B）间结合力的相对大小。

第9页：有序固溶体转变

有序固溶体转变

有序固溶体在加热到某一温度以上时，将变为无序固溶体；重新冷却到该温度以下时，又会变为有序固溶体，冷却时发生的这种转变称为有序化．固溶体有序化时，许多性能会发生突变，如硬度、脆性增加，而塑性下降、电阻率下降等。

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第11页：间隙固溶体

间隙固溶体

• 组成：原子半径较小（小于
• 1nm)的非金属元素C、H、O、N、B溶入金属晶体的间隙。
• 影响因素：原子半径和溶剂结构。

第12页：有限固溶体与无限固溶体

有限固溶体与无限固溶体

根据固溶度的大小，置换固溶体可分为有限固溶体: Cu-Zn, Cu-Ti , Fe-W, Fe-Mo.无限固溶体: Ni-Cu, Au-Ag, Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-Co, Fe-V.固溶度：溶质原子在溶剂中的最大含量（极限溶解度）。

（二）溶质元素在固溶体中的溶解度间隙固溶体的溶解度一般都很小，只能形成有限固溶体。

第13页：影响固溶体结构形式和溶解度

影响固溶体结构形式和溶解度

• 影响固溶体结构形式和溶解度的因素
• 原子尺寸因素△r=(rA-rB)/rA原子尺寸差越小,越易形成置换固溶体,且溶解度越大。当△r<15%时，有利于形成无限固溶体。当15%<△r<30%时，只能形成有限固溶体。当△r>30%时，固溶度很小，形成化合物。

第14页：电负性因素电负性差越小

电负性因素电负性差越小

电负性因素电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。

电负性差越大，越易形成化合物。

第15页：电子浓度因素所谓电子浓度就是合

电子浓度因素所谓电子浓度就是合

电子浓度因素所谓电子浓度就是合金中价电子数目与原子数目的比值。主要用于一价贵金属金，银，铜作溶剂与其它元素组成的固溶体。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。

第16页：固溶体结构示意图

固溶体结构示意图

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第17页：晶体结构因素结构相同

晶体结构因素结构相同

晶体结构因素结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体。

如：具有面心立方结构的Mn、Co、Ni在面心立方结构的奥氏体Fe中溶解度较大；具有体心立方结构的Cr、Ti、Mo、W、V在体心立方结构的铁素体Fe中溶解度较大。

间隙原子在面心立方晶格的溶解度大于在体心立方中的溶解度。

晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件，而非充分条件；△r<15%是形成无限固溶体的必要条件，而非充分条件；两者同时满足才可形成无限固溶体。

第18页：固溶体的性能点阵常数改变引起性能

固溶体的性能点阵常数改变引起性能

• 固溶体的性能点阵常数改变引起性能的变化
• 力学性能的变化（固溶强化）：固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体。
• 有序强化。
• 物理、化学性能改变。固溶体的电阻率升高；Si溶入铁中可以提高磁导率，硅钢片是一种应用广泛的软磁材料；Cr固溶于Fe中的原子数分数达到
• 5％时，电极电位上升，有效地抵抗空气、水气、稀硝酸等的腐蚀。因此，不锈钢中至少含有13％以上的Cr原子。

第19页：固溶强化效果的影响因素

固溶强化效果的影响因素

• 固溶体的类型：间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体。
• 原子尺寸因素：溶质原子与容溶剂原子尺寸差别越大，强化效果越显著。
• 有序强化效果高于无序强化。

第20页：金属间化合物金属间化合物是由

金属间化合物金属间化合物是由

二、金属间化合物金属间化合物是由金属与金属，或金属与类金属元素之间形成的化合物，也称为中间相。

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。

其形成及晶体结构分别受电负性、电子浓度、原子尺寸的影响。

第21页：正常价化合物

正常价化合物

• 形成：电负性差起主要作用，符合原子价规则。在化合物AmBn中，正离子的价电子数正好能使负离子具有稳定的电子层结构，即meC=n(8-eA)。由金属元素与周期表中ⅣA,ⅤA,ⅥA族元素组成。
• 键型：随电负性差的增大，分别形成金属键、共价键、离子键。如Pb,Sn,Ge,Si的电负性依次增大，Mg2Pb具有典型的金属性质,Mg2Si为离子化合物。
• 组成：AB或AB2。如ZnS,Mg2Si.正常价化合物的结构不同于其组成元素的晶体结构。

第22页：正常价化合物的常见晶体结构

正常价化合物的常见晶体结构

NaCl型CaF2型

第23页：正常价化合物硫锌矿

正常价化合物硫锌矿

六方结构）闪锌矿（金刚石结构）

第24页：电子化合物

电子化合物

• 形成：电子浓度起主要作用，不符合原子价规则。由ⅠB族或过渡族元素与周期表中ⅡB，ⅢA，ⅣA族元素组成。
• 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,如CuZn，FeAl。
• 键型：金属键（金属－金属）。电子浓度不同，形成的化合物的晶格类型也不同。例如：电子浓度为3/2时，呈体心立方结构，称为β相；电子浓度为21/13时，呈复杂立方结构，称为γ相；电子浓度为21/12时，呈密排六方结构，称为ε相。

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第26页：间隙化合物

间隙化合物

• 尺寸因素起主要作用。由C、N、O、B等小尺寸元素与过渡族元素组成。简单间隙化合物（间隙相）：当RX/RM<
• 59时形成。金属原子呈现新结构，非金属原子位于其间隙，结构简单。如VC,TiN。分子式通常为：MX，M2X，MX2，M4X.面心立方VC

第27页：间隙化合物复杂间

间隙化合物复杂间

隙化合物：当RX/RM>0.59时形成。

主要是铁、钴、铬、锰的碳化物和铁的硼化物，结构复杂。

如Fe3C，Cr23C7,Cr7C3,Fe4W2C,FeB,Fe2B。

复杂间隙化合物的金属元素可被置换。如TiC-ZrC;(Fe,Mn)3C,(Fe,Cr)3C;Fe3(C,N)等。

第28页：金属化合物的特性

金属化合物的特性

• 力学性能：高硬度、高强度、低塑性。
• 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。(超导变压器）如，Mg2Si是半导体材料，TiNi是形状记忆合金，LaNi5是吸氢材料，Nd2O3是催化剂。2h

第29页：本章重点

本章重点

• 固溶体掌握固溶体的分类、置换固溶体、间隙固溶体、有序固溶体的特点及影响因素、固溶体的性能等。
• 金属间化合物掌握正常价化合物、电子化合物、间隙化合物的特点及影响因素、金属间化合物的特性等。

第30页：本章作业习题

本章作业习题

1；复习思考题1，2，4.