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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 材料中的原子排列 原子结合键（1）金属键：由金属内正离子和自由电子相互作用构成的键合。 无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性：金属内自由电子在外加电场下定向移动。 延展性：金属受力变形，原子相对位置变化但金属键未被破坏。 光泽：自由电子的存在，使得易吸收光子。（2） 离子键:由阴阳离子静电作用形成的化学键。 无方向性和饱和性；（3）共价键：由电负性相差不大的原子通过共用电子对形成的化学键。有方向性和饱和性；（4）分子键 无方向性和饱和性。氢键：（离子结合）X-H-Y（氢键结合），有方向性和饱和性。原子结构 四个参量 第二章 固体结构一 晶体学基础（1）晶
2、体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。（2）非晶体：不规则排列。长程无序，各向同性。 1 、空间点阵与晶胞 空间点阵：由几何点（阵点，周围环境相同）做周期性的规则排列所形成的三维阵列。 晶胞：在空间点阵中具有代表性的基本单元作为点阵的组成单元。 选取原则：a 充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 有尽可能多的直角；d 体积最小。晶体分为7个晶系，14个布拉维点阵（每个阵点周围环境相同） 2、晶向指数与晶面指数 晶向：空间点阵中各阵点列的方向。 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。（1） 晶向指数形如uvw。P24
3、晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。（2） 晶面指数形如(hkl)。 0的意义：面与对应的轴平行； 平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反； 晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面。用hkl表示。 晶向与晶面位置关系 同面，则hu+kv+lw=0; 垂直，则u=h, k=v, w=l。 （3）六方系晶向指数和晶面指数 a 六方系指数标定的特殊性：四轴坐标系（等价晶面不具有等价指数）。 b 晶面指数形如(hkil)表示；i=-(h+k)。 c 晶向指数形如uvtw表
4、示；t=-(u+w)。 坐标换算法：UVWuvtw u=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=W。 （4）晶带：所有平行或相交于某一晶向直线晶面。用晶带轴的晶向指数uvw表示； 晶带定律：凡满足hu+kv+lw=0的晶面都属于以uvw为晶带轴的晶带。 推论：p26矩阵表示(a) 由两晶面(h1k1l1) (h2k2l2)求其晶带轴uvw：u=k1l2-k2l1; v=l1h2-l2h1; w=h1k2-h2k1。(b) 由两晶向u1v1w1u2v2w2求其决定的晶面(hkl)。H=v1w2-v2w1; k=w1u2-w2u1; l=u1v2-u2v1。(5)晶
5、面间距：一组平行晶面中，相邻两个平行晶面之间的距离。低指数面间距大，原子排列密集；高指数相反。 P27 计算公式（简单立方）： d=a/(h2+k2+l2)1/2注意：只适用于简单晶胞；对于面心立方hkl不全为偶、奇数、体心立方 h+k+l=奇数时，d(hkl)=d/2。3、 晶体对称性（1） 宏观对称元素a、 回转对称轴：晶体绕某一轴会转而能复原，此轴即为回转对称轴。b、 对称面：晶体通过某一平面做镜像反映而能得到复原，此平面即为对称面。c、 对称中心：晶体中所有点经过某一点反演后能复原，此点即为对称中心。d、 回转-反演轴：晶体绕某轴回转360/n，再以轴上一中心作反演能复原，此轴即为回转
6、-反演轴。（2） 微观对称元素a、 滑动面：对称面加此面上的平移。（符号p29）b、 螺旋轴：回转轴加平行于轴的平移。点群：一个晶体中所有点对称元素的集合。空间群：用以描述晶体中原子组合所有可能方式。晶体中可能有230种空间群，分属于32个点群。4、 极射投影 极射投影：过投射点和球心在参考圆上作与其相切的投影面，极点与投影点所在直线与投影面的交点即为极点在投影面上的极射投影。 标准投影：以晶体的某个晶面平行于投影面作全部主要晶面的极射投影图，成为极射投影。5、倒易点阵 倒易点阵作用a、解释x射线及电子衍射图像，通过倒易点阵可把电子衍射斑点解释为晶体相应晶面的衍射结果。b、研究能带理论。c、推
7、导晶体学公式，如晶带定律方程。二、金属晶体结构：1、三种常见晶体结构（p36） 面心立方（A1, FCC） 体心立方（A2, BCC） 密排六方（A3, HCP）晶胞原子数 4 2 6点阵常数 a=2/2r a=4/3/3r a=2r配位数 12 8（86） 12致密度 0.74 0.68 0.74堆垛方式 ABCABC. ABABAB. ABABAB.结构间隙 正四面体正八面体 四面体扁八面体 四面体正八面体（个数） 8 4 12 6 12 6（rB/rA） 0.225 0.414 0.29 0.15 0.225 0.414配位数（CN）：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。致密度（
8、K）：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。K=nv/V。间隙半径（rB）：间隙中所能容纳的最大圆球半径。 面密度 线密度A1 (1 1 1) A2 (1 1 0) A3 (0 0 0 1) 2、 原子的堆垛方式及间隙原子堆垛方式：ABAB. 密排六方结构 ABCABC.面心立方结构 晶体结构间隙 p413、 多晶型性多晶型性:元素的晶体结构随外界条件的变化而发生转变的性质。三、 合金相结构合金与相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。 组元：组成合金最基本的物质。 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。2 相：材料中结构相同、
9、成分和性能均一的组成部分。（如单相、两相、多相合金。） 分类：固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。含溶剂和溶质。 中间相（金属化合物）：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相。 （一）、固溶体 按溶质原子位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。 按固溶度不同，可分为有限固溶体和无限固溶体。 按溶质原子分布不同，可分为无序固溶体和有序固溶体。 1置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。（1） 影响置换固溶体溶解度的因素（金属与合金的电子理论） 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。 b 晶体
10、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。 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。（1） 影响因素：原子半径和溶剂结构。（2） 溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶体。3 固溶体的结构（1） 晶格畸变。（2） 偏聚与有序：完全无序、偏聚、部分有序、完全有序。4 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：由于溶质原子的溶入而引起的强
11、化效应。（2） 点阵常数改变：点阵畸变导致（3） 物理化学性能变化：磁导率和腐蚀性能。 （二） 中间相：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。2 电子化合物（电子相） （1）形成：电子浓度起主要作用，不符合原子价规则。 （2）键型：金属键（金属金属）。（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。3 间隙相和间隙化合物间隙相:当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX/rM0.59 时，形成具有复杂晶体结构的相，称为间隙化合物。（1） 形成：
12、尺寸因素起主要作用。（2） 结构：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。复杂间隙化合物：主要是铁、钴、铬、锰的化合物，结构复杂。（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。4 拓扑密堆相:由两种大小不同的金属原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构。由于这类结构具有拓扑特征，故称这些相为拓扑密堆相。（1） 形成：由CN为12、14、15、16配位多面体堆垛，层状结构。（2） 组成：AB2。四、 离子晶体结构五、 共价晶体结构典型结构：金刚石结构六、 聚合物晶体结构七、 准晶态
13、结构准晶是准周期性晶体，不符合晶体的对称结构，但呈一定周期性有序排列的类似于晶体的固体。介于晶态与非晶态之间新的原子聚集状态。大部分为亚稳态结构。八、 液晶态结构九、 非晶态结构特点：原子排列无长程有序和周期性特点。分为玻璃和其他非晶态两大类。 第三章 晶体缺陷 原子的不规则排列产生晶体缺陷（实际晶体中与理想点阵结构发生偏差的区域） 晶体缺陷可分为以下三类：点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、间隙原子、异类原子等。线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的缺陷。主要是位错。面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面等。一 点缺陷
14、：在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷。1 点缺陷的类型 （1） 空位：肖特基空位离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。 弗仑克尔空位离位原子进入晶体间隙。（2） 间隙原子：位于晶体点阵间隙的原子。（3） 置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。2 点缺陷的平衡浓度：少量点缺陷存在使系统能量降低，内能最低对应的浓度。 （1）晶体中形成点缺陷时，体系内能的增加将使自由能升高，但体系熵值增加，使自由能降低。其结果是在G-n曲线上出现了最低值，对应的n值即为平衡空位数。 （2）点缺陷的平衡浓度 C=Aexp(-Ev/kT)3 点缺陷的产生及其运动（1） 点缺陷的产生平衡点缺陷：热
15、振动中的能力起伏。过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等（易形成攀移）。（2） 点缺陷的运动 迁移、复合浓度降低；聚集浓度升高塌陷4 点缺陷与材料行为 （1）结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。）（2）性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小，体积膨胀） 力学性能（屈服强度提高。）二 线缺陷（位错）位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。位错是在研究晶体滑移时提出的。 1 位错的基本类型p90（1） 刃型位错 模型：滑移面/半原子面/位错线 分类：正刃型位错（）；负刃型位错（）。 （位错线晶体滑移方向，位错线位错运动方向，
16、晶体滑移方向/位错运动方向。）（2） 螺型位错 模型：滑移面/位错线。分类：左螺型位错；右螺型位错。 （位错线/晶体滑移方向，位错线位错运动方向，晶体滑移方向位错运动方向。）（3） 混合位错2 位错的性质（1） 形状：不一定是直线，位错及其畸变区是一条管道。（2） 是已滑移区和未滑移区的边界。（3） 不能中断于晶体内部。可在表面露头，或终止于晶界和相界，或与其它位错相交，或自行封闭成环。（4） 位错是不平衡的缺陷，熵增不能抵消应变能的增加。3 柏氏矢量p92（1） 确定方法 (避开严重畸变区)a 在位错周围沿着点阵结点形成封闭回路。b 在理想晶体中按同样顺序作同样大小的回路。c 在理想晶体中从
17、终点到起点的矢量即为伯氏矢量。（2） 柏氏矢量的物理意义a 代表位错，并表示其特征（强度、畸变量）。b 表示晶体滑移的方向和大小。c 柏氏矢量的守恒性（唯一性）：一条位错线具有唯一的柏氏矢量。d 判断位错的类型。（3） 柏氏矢量的表示方法a 表示: b=a/nuvw （可以用矢量加法进行运算）。b 位错强度（畸变程度）/b/=a/nu2+v2+w21/2。 4位错的运动（易动性）1、位错运动的方式 a 滑移：位错沿着滑移面的移动。 刃型位错的滑移：具有唯一的滑移面。 螺型位错的滑移：具有多个滑移面，形成双交滑移和交滑移。 位错环的滑移：注重柏氏矢量的应用。 b 攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向
18、上的运动。 原子面下端原子的扩散位错随半原子面的上下移动而上下运动。分类：正攀移（原子面上移、空位加入）/负攀移（原子面下移、原子加入）。 应力的作用：（半原子面侧）压应力有利于正攀移，拉应力有利于负攀移。 c、交割 位错在滑移过程中，受到阻力，部分线段首先滑移，曲折线段在滑移面上，称为扭折；曲折线段垂直于滑移面，称为割阶。对性能影响：增加位错长度，产生固定割阶。 刃型位错割阶部分为刃型，攀移部分为扭折；螺型位错割阶攀移部分都为刃型。 割阶硬化：割阶与原位错不在同一平面，除非发生割阶否则不会随主位错线运动，成为位错阻碍。2、作用在位错上的力（单位距离上） 滑移：f=b； 攀移：f=b。5 位错
19、的弹性性质（1） 应力场螺位错：Gb/2r。（只有切应力分量）刃位错：练习册p13 晶体中：滑移面以上受压应力，滑移面以下受拉应力。滑移面：只有切应力。（2） 应变能 ：位错周围点阵畸变引起弹性应力场导致晶体的能量增加，这部分能量称为位错的应变能。单位长度位错应变能E=Gb2 （0.51.0, 螺位错取下限，刃位错取上限。） （3） 位错的线张力：T=Gb2。 保持位错弯曲所需的切应力：Gb/2r。 （4）作用在位错上的力滑移力f=b ，攀移力f=b （刃位错）。（5）位错间的交互作用p107 同号相互排斥，异号相互吸引。（达到能量最低状态。）6 位错的生长和增殖 1、位错密度（1） 表示方法
20、：L/V n/A（2） 晶体强度与位错密度的关系（-图）。 2、位错生成 3、位错增殖 弗兰克-里德源 临界切应力Gb/L7实际晶体中的位错 （1）全位错（或单位位错）：柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错。P110 （2）不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量或其整数倍的位错。 肖克利不全位错（可动位错）的形成：原子运动导致局部错排，错排区与完整晶格区的边界线即为肖克莱不全位错。（刃型、螺型或混合型位错。只能滑移，不能攀移） 弗兰克不全位错（固定位错）的形成：在完整晶体中局部抽出或插入一层原子所形成。（纯刃型位错。只能攀移，不能滑移。对位错有阻碍作用，提高材料强度硬度。）（3）堆垛层错与扩展位错堆
21、垛层错：晶体中原子堆垛次序中出现的层状错排。 晶体中层错能越高，出现层错几率越小。层错不产生点阵畸变，破坏周期性和完整性。扩展位错：一对不全位错及中间夹的层错构成的组态。 扩展位错平衡宽度：d=Gb1b2/2r 扩展位错的运动：束集（遇到阻碍后宽度缩小）和交滑移 汤普森四面体p1148位错反应：位错的分解与合并。 反应条件p115 几何条件：b前=b后；反应前后位错的柏氏矢量之和相等。 能量条件：b2前b2后; 反应后位错的总能量小于反应前位错的总能量。 三 面缺陷 分类：1 晶界（1） 晶界：同一固相但位向不同的晶粒之间的界面。 亚晶界：位向差小于1度的亚晶粒之间的边界。为位错结构。 （2）
22、晶界分类大角度晶界：晶粒位向差大于10度的晶界。其结构为几个原子范围 内的原子的混乱排列，可视为一个过渡区。小角度晶界：晶粒位向差小于10度的晶界。其结构为位错列，又分 为倾斜晶界和扭转晶界（前者转轴在晶界内，后者垂直于晶界）。 （3）晶界能：形成单位面积晶界时，系统自由能的变化。 小角度晶界晶界能随位向差增大而增大。 三叉晶界：三个晶界相交于一直线。练习册P14 （4）晶界特性：a晶粒的长大和晶界的平直化有利于降低境界总能量（扩散自发）。 b常温下晶界存在阻碍位错运动，使塑性变形抗力提高。晶粒越细，材料强度越高,即细晶强化。 c晶界处原子扩散比晶内快。晶界腐蚀比晶内快。 d晶粒越细，晶界越多
23、，新相形核率越高。 d由于成分偏析和内吸附现象，晶界富集杂质原子，易在高温下氧化和熔化。 e界面能会引起界面吸附。 2孪晶界：两块相邻孪晶的共晶面。分为共格孪晶界和非共格孪晶界。 孪晶：两个沿公共面构成镜像对称位向关系的晶体。 3相界（1） 相界：相邻两个相之间的界面。（2） 分类：共格、半共格和非共格相界。共格：两相晶格彼此衔接，晶界上原子为两者共有。 4表面（1） 表面吸附：外来原子或气体分子在表面上富集的现象。（2） 分类 物理吸附：由分子键力引起，无选择性，吸附热小，结合力小。 化学吸附：由化学键力引起，有选择性，吸附热大，结合力大。 第六章 单组元相图及纯晶体的凝固一、 单组元相图1
24、 相律（1） 相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数之间的关系。（2） 表达式：f=c-p+2; 压力一定时，f=c-p+1。（3） 应用可确定系统中可能存在的最多平衡相数。 可以解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属结晶恒温进行，二元合金变温进行。2 相图的表示与建立 状态表示：温度成分坐标系。坐标系中的点表象点。 成分表示：质量分数或摩尔分数。 相图结构：两点、两线、三区。3 杠杆定律（1） 平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定，则自由度为0，平衡相成分随之确定。）（2） 注意：只适用于两相区；三点（支点和端点）要选准。同素异构转变：元素从一种晶体状态转变为另外一种状态的固
25、态相变。同分异构或多晶型转变：化合物从一种晶体状态转变为另外一种状态的固态相变。二、纯晶体凝固1、液态结构：能量起伏 熔化体积增加。 结构起伏 原子排列长程无序、短程有序。 成分起伏 特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较小、原子排列较混乱。2材料结晶的基本条件凝固（相变过程）：物质从液态到固态的转变过程。若凝固后的物质为晶体，则称之为结晶。a 热力学条件（1）G-T曲线 p230 dG/dT=-S （2）热力学条件 过冷度:相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。 Gv=LmT/Tm a T=Tm-T0, Gv=rk 时晶胚长大使自由能
26、降低，形成稳定晶核。 过冷度增加，临界半径减小，晶核易形成。 （3 临界过冷度 rk=2Tm/LmT临界过冷度：形成临界晶核时的过冷度。Tk. TTk是结晶的必要条件。（4）形核功与能量起伏 GkSk/3 （Sk临界晶核表面积）临界形核功(1/3)：形成临界晶核时需额外对形核所做的功。能量起伏：系统中微小区域的能量偏离平均能量水平而高低不一的现象。（5） 形核率与过冷度的关系p233-234 形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。 N=N1.N2 （N1形核功因子 N2扩散几率因子 ） 形核率与过冷度之间是呈抛物线的关系。2 非均匀形核:新相优先在母相中存在的异质处形核，即
27、依附于液相中的杂质或外来表面形核。（1） 模型：外来物质为一平面，固相晶胚为一球冠。（2） 自由能变化：表达式与均匀形核相同。（3） 临界形核功计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系lw=sw+slcos计算能量变化和临界形核功。Gk非/Gk=(2-3cos+cos3)/4a =0时，Gk非0，杂质本身即为晶核；b 1800时, Gk非Gk, 杂质促进形核，越小越有利；c=180时，Gk非Gk， 杂质不起作用。（4） 影响非均匀形核的因素a 过冷度：（N-T曲线有一下降过程）。P236b 点阵匹配原理：结构相似，点阵常数相近。4、晶核的长大 1 晶核长大的条件（1） 动态过冷动态过冷度
28、：晶核长大所需的界面过冷度。（是材料凝固的必要条件）（2） 足够的温度（3） 合适的晶核表面结构。 2 液固界面微结构与晶体长大机制p239-240粗糙界面（微观粗糙、宏观平整金属或合金的界面）：垂直长大。光滑界面（微观光滑、宏观粗糙无机化合物或亚金属材料的界面）：二维晶核长大、 借螺旋位错长大。5结晶动力学及凝固组织 1结晶动力学形核率=形核数/单位时间/未转变体积 2液体中温度梯度与晶体的长大形态（1） 正温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越高）粗糙界面：平面状。光滑界面：台阶状。 （2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低） 粗糙界面：树枝状。光滑界面：树枝状台阶状。 固液界面不
29、保持平面状而形成伸向液体的分枝（沿一定的晶向轴），并长出二次晶枝，这种晶体的生长方式成为树枝生长或树枝状结晶。 fcc bcc hcp 6凝固理论的应用 1 细化金属铸件晶粒晶核数Zv=0.9(形核率N/长大速率G)3/4（1） 提高过冷度 降低浇铸温度，提高散热导热能力，适用于小件。（2） 形核剂 化学变质处理，促进异质形核，阻碍晶粒长大。（3） 振动和搅拌 破碎枝晶。2 单晶体的制备（1） 基本原理：防止凝固时形成许多形核，保证只有一个晶核形成并长大。（2） 制备方法：尖端形核法（特殊形状一个单晶）和垂直提拉法（制备大单晶）7巨磁电阻多层膜和颗粒膜 巨磁电阻GMR效应：磁电阻变化率很高，且
30、为负值，各向同性的大磁电阻效应。第七章 二元相图和合金凝固与制备原理一、相图表示与测定材料临界点的测定：动态法：热分析法，膨胀法、电阻法 静态法：金相法、x射线结构分析法固溶体自由能-成分曲线p259 由自由能-成分曲线推测相图 p261 G=G0+H-TS多相平衡时，组元在各相中化学势相等，组分无扩散。杠杆法则p260二元相图几何规律：a平衡相成分沿着相界线随温度变化 b相邻相区相差1（点接触除外）相区接触法则 c三相平衡为水平线，表示恒温反应，其上三点是平衡相的成分点。 d两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，分界线延长线进入另一两相区。 e若两个三相区中有2个相同的相，则两水平线之间必
31、是由这两相组成的两相区。 相图分析：1、结构分析：线、相区、相2、凝固过程分析：冷却曲线 凝固过程示意图3、定量计算：相组成，组织组成二、二元相图分析A 1 匀晶相图及其分析（1） 匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。（2） 匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。（3） 相图分析（以Cu-Ni相图为例p264）2 固溶体合金的平衡凝固（1） 平衡凝固：每个时刻都能达到平衡的结晶过程，即相变过程中有充分的时间进行组元间的扩散，以达到平衡状态。（2） 平衡结晶过程分析 冷却曲线：温度时间曲线； 相（组织）与相变（各温区相的类型、相变反应式，杠杆定律应用。）； 组织示意图； 成分均匀化：每时刻结
32、晶出的固溶体的成分不同。（3） 与纯金属结晶的比较 相同点：基本过程：形核长大； 热力学条件：T0；能量条件：能量起伏；结构条件：结构起伏。 不同点：合金在一个温度范围内结晶（可能性：相律分析，必要性：成分均匀化。） 合金结晶是选分结晶：需成分起伏。3 固溶体的不平衡结晶（1） 原因：冷却速度快（假设液相成分均匀、固相成分不均匀）。（2） 结晶过程特点：固相成分按平均成分线变化（但每一时刻符合相图）； 结晶的温度范围增大；组织多为树枝状；凝固终结温度低于平衡凝固；富高熔点组元先析出。（3） 成分偏析：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀现象。 枝晶偏析：固溶体以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导
33、致树枝晶的枝干和枝间化学成分不均匀的现象。 （消除：扩散退火，在低于固相线温度长时间保温。） B 共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变。 共晶相图：具有共晶转变特征的相图。（液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。） 共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）1 相图分析（相图三要素）（1） 点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点（是亚共晶、过共晶成分分界点）等。（2） 线：结晶开始、结束线；溶解度曲线；共晶线等。（3） 区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。2 合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例p268）（1） Wsn19的合金 凝固过程（冷却曲线
34、、相变、组织示意图）。 二次相（次生相）的生成：脱溶转变（二次析出或二次再结晶）。 室温组织（）及其相对量计算。（2） 共晶合金 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。 共晶线上两相的相对量计算。 室温组织（）及其相对量计算。（3） 亚共晶合金 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。 共晶线上两相的相对量计算。 室温组织（）及其相对量计算。 组织组成物与组织图组织组成物：组成材料显微组织的各个不同本质和形态的部分。组织图：用组织组成物填写的相图。3 不平衡凝固及其组织（1） 伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。 形成原因：不平衡凝固。成分位于共晶点附近。 不平衡组织：由非共晶成
35、分的合金得到的完全共晶组织。 共晶成分的合金得到的亚、过共晶组织。（伪共晶区偏移） 随着过冷度增加，伪共晶区扩大。（2） 非平衡共晶：位于共晶线以外成分的合金发生共晶反应而形成的组织。原因：不平衡结晶。成分位于共晶线以外端点附近。（3） 离异共晶：两相分离的共晶组织。 形成原因：平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近。 不平衡条件下，成分位于共晶线外两端点附近。 消除：扩散退火。 C1包晶转变：由一个特定成分的固相和液相生成另一个特点成分固相的转变。 包晶相图：具有包晶转变特征的相图。2 平衡结晶过程及其组织（1） 包晶合金的结晶结晶过程：包晶线以下，L, 对过饱和界面生成三相间存在浓度梯度扩
36、散长大全部转变为。室温组织：或。（2） 成分在C-D之间合金的结晶结晶过程：剩余；室温组织：。3 不平衡结晶及其组织异常相导致包晶偏析包晶转变要经扩散。包晶偏析：因包晶转变不能充分进行而导致的成分不均匀现象。异常相由不平衡包晶转变引起。成分在靠近固相、包晶线以外端点附近。4 包晶转变的应用（1） 组织设计：如轴承合金需要的软基体上分布硬质点的组织。（2） 晶粒细化。D溶混间隙溶混间隙出现在单相固溶区时，表示单相固溶区在溶混间隙内分解为成分不同而结构相同的两相。 转变方式有两种：1、形核长大2、通过没有形核长大阶段的不稳定分解，成为调幅分解。 复杂二元相图分析： 分析步骤 以稳定的化合物为界分割
37、相图； 确定各点、线、区的意义； 分析三相水平线的恒温转变类型p283，具体合金的结晶过程及其组织变化 注：虚线、点划线的意义尚未准确确定的数据、磁学转变线、有序无序转变线。（1） 相图与合金性能的关系 根据相图判断材料的力学和物理（导电）性能形成稳定化合物时，其性能在曲线上出现奇点，阻碍位错，提高硬度强度。 根据相图判断材料的工艺性能铸造性能：根据液固相线之间的距离X，X越大，成分偏析越严重（因为液固相成分差别大）；流动性越差（因为枝晶发达）；热裂倾向越大（因为液固两相共存的温区大）。 铸造合金选用接近共晶成分的合金，熔点低，恒温转变，流动性好。凝固后容易形成集中缩孔，合金致密。 压力（塑性
38、）加工性能：选择具有单相固溶体区的合金，强度低，塑性好，变形均匀。 热处理性能：选择具有固态相变或固溶度变化的合金。 没有固态相变的合金进行消除枝晶偏析扩散退火，不能进行热处理。具有同素异形体的合金通过再结晶退火和正火处理进行细化晶粒。具有溶解度变化的合金通过时效处理进行强化合金。具有共析转变的合金，先加热后退火，抑制共析反应。铁碳合金相图1组元和相 （1）组元：铁石墨相图：Fe,C; 铁渗碳体相图：Fe-Fe3C。相：L, , A(), F(), Fe3C(K)。 2相图分析 点：16个。 线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线：GS,ES,PQ。 区：5个单相区，7个两相区，3个三相区。 相图标注：相组成物标注的相图。 组织组成物标注的相图。3 合金分类：工业纯钛（C%0.0218%）、碳钢（0.0218C%2.11%）4平衡结晶过程及其组织（1） 典型合金（7种）的平衡结晶过程、组织变化、室温组织及其相对量计算。（2） 重要问题：Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意义及其最大含量计算。 Ld-Ld转变。