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1、材料科学基础合金相结构本讲稿第一页，共七十二页v2.3.1 固溶体v固溶体溶质分子完全溶于固态溶剂中，并保持溶剂元素晶格类型的合金相 v1.固溶体的特点v固溶体的结构与溶剂相同v固溶体的成分可在一定范围变化v固溶体一般位于相图的两侧v固溶体的强度、硬度比纯金属高，导电性下降v在多相合金中，固溶体一般作为基体相 本讲稿第二页，共七十二页2.固溶体的分类本讲稿第三页，共七十二页本讲稿第四页，共七十二页本讲稿第五页，共七十二页3.置换固溶体本讲稿第六页，共七十二页本讲稿第七页，共七十二页本讲稿第八页，共七十二页本讲稿第九页，共七十二页本讲稿第十页，共七十二页本讲稿第十一页，共七十二页本讲稿第十二页，
2、共七十二页本讲稿第十三页，共七十二页本讲稿第十四页，共七十二页本讲稿第十五页，共七十二页本讲稿第十六页，共七十二页影响置换固溶体的其他因素温度、冷却速度、机械合金化等本讲稿第十七页，共七十二页4.间隙固溶体本讲稿第十八页，共七十二页v原子半径小于 0.1nm 的非金属元素(如 H,O,N,C,B 等)处于溶剂晶格结构的某些间隙位置 v间隙半径较小，非金属原子的溶入，将使晶胞胀大，造成点阵畸变，溶解度受限制 vC 的原子半径为 0.077nm，面心立方的-Fe 在 1148 C 的八面体间隙半径为 0.0535nm，造成严重畸变，溶解度 9%at v体心立方的-Fe 的间隙更小，C 的溶解度为
3、0.095%at 本讲稿第十九页，共七十二页本讲稿第二十页，共七十二页v影响间隙固溶体溶解度的因素v间隙有限，溶解度有限有限固溶体v溶解度与溶质原子尺寸有关v溶解度与溶剂间隙尺寸、形状有关，溶质原子一般位于八面体间隙之中本讲稿第二十一页，共七十二页5.固溶体的微观不均匀性本讲稿第二十二页，共七十二页本讲稿第二十三页，共七十二页6.固溶体的性质v点阵常数a改变置换固溶体：rBrA,a增大；rBrA,a减小。间隙固溶体：a增大。v强度增高固溶强化效应：随溶质含量的增加，固溶体强度、硬度升高，塑性下降的现象。是晶格畸变，阻碍位错运动的结果。v电阻增加，磁性和耐蚀性改变。本讲稿第二十四页，共七十二页本
4、讲稿第二十五页，共七十二页本讲稿第二十六页，共七十二页2.3.2中间相（金属间化合物）本讲稿第二十七页，共七十二页v中间相超过固溶体溶解度限度后，形成结构不同于组元的新相。v1.中间相的特点v中间相的结构不同与组元v组元大致按一定的原子比结合v中间相一般位于相图的中间v中间相有共价键、离子键和金属键结合，以金属键为主v有高的熔点、硬度，有的具有超导性v在多相合金中，中间相一般作为强化相 本讲稿第二十八页，共七十二页 2.正常价化合物v金属与 IVA，VA，VIA 族一些元素形成的化合物，随电负性差的下降由离子键、共价键到金属键，熔点 下降，如 Mg2Si,Mg2Sn,Mg2Pb vAB 型 N
5、aCl 型结构(MgSe,CaSe,MnSe,SnTe,PbTe 等)，闪锌矿结构或立方 ZnS 结构(ZnS,CdS,MgTe,CdTe,MnSe,ZnTe,SiC 等)，纤锌矿结构或六方 ZnS 结构(ZnS,CdS,MgTe,CdTe,MnSe,AlN等)本讲稿第二十九页，共七十二页vAB2型 CaF2结构(PtSn2,AuAl2,PtIn2等)，反 CaF2结构(Mg2Si,Mg2Ge,Mg2Pb,Cu2Se 等)vA2B3型 v正常价化合物高硬度和脆性，弥散分布在基体上起弥散强化作用 本讲稿第三十页，共七十二页本讲稿第三十一页，共七十二页本讲稿第三十二页，共七十二页 3.电子化合物
6、Cu,Ag,Au 与 Zn,Al,Sn 合金，中间相的晶体结构稳定性由电子浓度决定休姆罗塞里定律（见下表 尺寸因素也对结构有影响 金属键，熔点高，硬度、脆性大，有色金属中作强化相 AlNi 晶体：当 Al 原子超过 50%，Ni 处出现空位缺位固溶体；当 Ni 原子超过 50%，AlNi 为溶剂，溶有 Ni 的置换固溶体 本讲稿第三十三页，共七十二页本讲稿第三十四页，共七十二页本讲稿第三十五页，共七十二页本讲稿第三十六页，共七十二页本讲稿第三十七页，共七十二页4.间隙相与间隙化合物 v H，B，C，N 等小半径的非金属元素与过渡族金属元素形成的化合物；v r X/r M0.59 复杂晶 体结构
7、的间隙化合物。本讲稿第三十八页，共七十二页（1）间隙相本讲稿第三十九页，共七十二页间隙相的成分可以在一定范围变化间隙相可以溶解组元元素，形成以化合物为基的固溶体 间隙相之间可以形成连续固溶体，如 TiC-ZrC,TiC-VC 间隙相有高硬度、高熔点，是合金工具钢及硬质合金的主要强化相 本讲稿第四十页，共七十二页本讲稿第四十一页，共七十二页本讲稿第四十二页，共七十二页本讲稿第四十三页，共七十二页一些间隙相的成分范围本讲稿第四十四页，共七十二页（2）间隙化合物本讲稿第四十五页，共七十二页 合金钢中的间隙化合物为 Cr,Mn,Mo,Fe 的碳化物或它们的合金碳 化物，主要类型有 M3C,M7C3,M
8、23C6等。如 Cr23C6是复杂立方结构，有 92 个铬原子，24 个碳原子；渗碳体(Fe3C)属正交晶系，有 12 个铁原子，4 个碳原子 本讲稿第四十六页，共七十二页vFe3C是铁碳合金中的一个基本相，称为渗碳体。C与Fe的原子半径之比为0.3，其晶体结构为正交晶系，三个点阵常数不相等，晶胞中共有16个原子，其中12个Fe原子，4个C原子，符合Fe：C3：1的关系。vFe3C中的Fe原子可以被Mn，Cr，M。，W，V等金属原子所置换形成合金渗碳体；vFe3C中的C可被B置换，但不能被N置换。本讲稿第四十七页，共七十二页本讲稿第四十八页，共七十二页间隙化合物的晶体结构都很复杂。如Cr23C
9、6。属于复杂立方结构，晶胞中共有116个原 子，其中92个为Cr原子，24个为C原子，而每个碳原子有8个相邻的金属Cr原子。这一大 晶胞可以看成是由8个亚胞交替排列组成的本讲稿第四十九页，共七十二页本讲稿第五十页，共七十二页5.有序固溶体（超结构）v固溶体的有序化某些合金高温时的短程有序缓冷到一定温度下为完全有序 v有序固溶体的点阵常数与无序固溶体不同，产生附加的 X 射线衍射线超结构线，有序固溶体又叫超结构，超点阵 v超结构：面心立方的 Cu3Au,CuAu,AlTi;体心立方的 CuZn,FeTi,Fe3Al;密排立方的 Mg3Cd,MgCd,Co3W,MoCo3 本讲稿第五十一页，共七十
10、二页本讲稿第五十二页，共七十二页本讲稿第五十三页，共七十二页本讲稿第五十四页，共七十二页本讲稿第五十五页，共七十二页本讲稿第五十六页，共七十二页本讲稿第五十七页，共七十二页本讲稿第五十八页，共七十二页本讲稿第五十九页，共七十二页本讲稿第六十页，共七十二页本讲稿第六十一页，共七十二页本讲稿第六十二页，共七十二页本讲稿第六十三页，共七十二页本讲稿第六十四页，共七十二页本讲稿第六十五页，共七十二页本讲稿第六十六页，共七十二页本讲稿第六十七页，共七十二页本讲稿第六十八页，共七十二页本讲稿第六十九页，共七十二页6.中间相的特性本讲稿第七十页，共七十二页本讲稿第七十一页，共七十二页本讲稿第七十二页，共七十二页