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1、上一页上一页下一页下一页其次章其次章 金属的晶体结构金属的晶体结构金属材料通常都是一种晶体材料。金属材料通常都是一种晶体材料。金属的晶体结构指的是金属材料内金属的晶体结构指的是金属材料内部的原子排列的规律。它确定着材部的原子排列的规律。它确定着材料的显微组织和材料的宏观性能。料的显微组织和材料的宏观性能。上一页上一页下一页下一页第一节第一节 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构 一、基本学问 晶体里面的原子(或)离子都是在它的平衡位置上不停振动着，但在探讨晶体结构时可以假设它们是一些静止不动的小球。各种晶体结构就可以看成是这些小球按一些的几何方式紧密排列积累而成的。图2-1a是简洁的立方原子排列示
2、意图。上一页上一页下一页下一页(一一)基本概念基本概念1.1.晶格：晶体结构的晶格：晶体结构的“小球小球”模型虽然很直观，模型虽然很直观，但仍旧不便与表诉晶体内部原子排列依次规率的但仍旧不便与表诉晶体内部原子排列依次规率的细微环节。我们可以把原子看成是一个几何质点，细微环节。我们可以把原子看成是一个几何质点，把原子把原子 之间的相互作用假想为几何直线，这样之间的相互作用假想为几何直线，这样一来晶体的结构就可以干脆用几何学来探讨了。一来晶体的结构就可以干脆用几何学来探讨了。这种用于描述原子在晶体中排列的三维空间几何这种用于描述原子在晶体中排列的三维空间几何点阵为晶格。图点阵为晶格。图2-1b2-
3、1b是简洁立方晶格的的示意图。是简洁立方晶格的的示意图。晶格中直线的交点称为结点。在运用晶格模型来晶格中直线的交点称为结点。在运用晶格模型来探讨晶体结构时，结点可以代表一个原子探讨晶体结构时，结点可以代表一个原子(或离或离子子)，也可以代表一个分子或原子团的中心。，也可以代表一个分子或原子团的中心。上一页上一页下一页下一页(一一)基本概念基本概念2 2 晶胞：晶体中原子排列规律具有明显的周期变更。因此晶胞：晶体中原子排列规律具有明显的周期变更。因此在晶格中就存在一个能够代表晶格特征的最小几何单元，在晶格中就存在一个能够代表晶格特征的最小几何单元，称之为晶胞。图称之为晶胞。图2-1c2-1c是一
4、个简洁的晶胞示意图。晶胞在空是一个简洁的晶胞示意图。晶胞在空间的重复排列就构成整个晶格。因此，晶胞的特征就可以间的重复排列就构成整个晶格。因此，晶胞的特征就可以反映出晶格和晶体的特征。反映出晶格和晶体的特征。3 3 晶格参数与晶格常数：在晶体学中，用来描述晶胞大小晶格参数与晶格常数：在晶体学中，用来描述晶胞大小有形态的几何参数称为晶格参数。包括晶胞的三个棱边的有形态的几何参数称为晶格参数。包括晶胞的三个棱边的长度长度a,a,，b b，c c和三个棱边夹角。和三个棱边夹角。，共六个参数。共六个参数。其中确定晶胞大小的三个棱长又称为晶格常数。图其中确定晶胞大小的三个棱长又称为晶格常数。图2-1c2
5、-1c上一页上一页下一页下一页(二二)金属中常见的晶格金属中常见的晶格3 3 密排六方晶格：密排六方晶格属于六方角系。示看法图密排六方晶格：密排六方晶格属于六方角系。示看法图2-42-4。晶格参数。晶格参数a=ba=b！=c=c；=；=120=120。每个六方晶胞。每个六方晶胞中有六个原子，即中有六个原子，即1/612+1/22+3=61/612+1/22+3=6个。属此晶格的金个。属此晶格的金属有：镁、锌、铍、属有：镁、锌、铍、钛、镉等。钛、镉等。1.1.体心立方体晶格：体心立方体晶格属于立方晶系。示意体心立方体晶格：体心立方体晶格属于立方晶系。示意图见图见图图2-22-2。晶格的参数为。晶
6、格的参数为a=b=ca=b=c；=90=90 立方体八立方体八角上个有一个原子，体心处有一个原子。每个体心立方体角上个有一个原子，体心处有一个原子。每个体心立方体晶胞中的原子个数为晶胞中的原子个数为1/88+1=21/88+1=2个。个。属此晶格的金属有：属此晶格的金属有：铬、钨、钼、钒、铬、钨、钼、钒、铁、铁、钛、铌等钛、铌等2.2.面心立方体晶格：面心立方体晶格也属于立方晶系。示看面心立方体晶格：面心立方体晶格也属于立方晶系。示看法图法图2-32-3。晶格参数为。晶格参数为a=b=ca=b=c；=90=90。在晶胞的八个。在晶胞的八个角上个又一个原子每个面心立方体晶胞个有四个原子，即角上个
7、又一个原子每个面心立方体晶胞个有四个原子，即1/88+1/26=41/88+1/26=4个。属此晶格的金属有：个。属此晶格的金属有：铁、铝、铜、镍、铁、铝、铜、镍、金、银、铂、铑、铅等金、银、铂、铑、铅等上一页上一页下一页下一页(三三)晶格的致密度晶格的致密度晶格的致密度定义是：每个晶胞中原子晶格的致密度定义是：每个晶胞中原子所占的总体积与晶胞的体积之比。是用所占的总体积与晶胞的体积之比。是用来表示晶体中原子排列的紧密程度来表示晶体中原子排列的紧密程度经过计算可知：体心立方体的致密度为经过计算可知：体心立方体的致密度为0.68 0.68；面心立方体和密排六方晶格的致；面心立方体和密排六方晶格的
8、致密度都是密度都是0.740.74。上一页上一页下一页下一页二 纯金属的实际晶体结构(一)晶粒和亚晶粒 在金属体中，凡是晶格位向基本一样的区域，并有边界与邻区分开就称之为一个晶粒。在显微镜下可以看到这些晶粒，其外形成不规则状。它们是些不规则的外形多面体，见图2-8。相邻晶体的晶粒间晶格的位向有明显差别。晶粒之间的原子排列不规则的区域称为晶界。事实上，晶界就是不同晶格位向的相临晶粒在原子排列上的过度区。通常，晶粒尺寸很小，对于钢铁材料一般为10-1mm10-3mm。对于有色金属其晶粒尺寸一般都比钢大一些，有的可用眼睛干脆看到。如：镀锌钢板表面的镀锌层的晶粒尺寸可达到几毫米到几十毫米。每个晶粒内部
9、，晶格位向也并非完全一样，而是存在着很多晶格位向差小于2、3的更小的晶块。这些小晶块内部是完全相同的。这些小晶块称为亚晶粒，也称嵌镶块。见图2-9。亚晶粒间的过度区称为亚晶界，也称小角度晶界。它也是一种原子排列不太规则的区域。上一页上一页下一页下一页(二)晶体中的缺陷 1.1.点缺陷：点缺陷是指以一个点为中心。在它的四周造成点缺陷：点缺陷是指以一个点为中心。在它的四周造成原子排列的不规则，产生晶格的畸变和内应力的晶体缺陷。原子排列的不规则，产生晶格的畸变和内应力的晶体缺陷。主要有间隙原子，置换原子，晶格空位三种，见图主要有间隙原子，置换原子，晶格空位三种，见图2-102-10。在晶格的间隙处出
10、现多余的晶体缺陷称为间隙原子；在晶在晶格的间隙处出现多余的晶体缺陷称为间隙原子；在晶格的接点处出现缺少原子的晶体称为晶体空格；在晶格的格的接点处出现缺少原子的晶体称为晶体空格；在晶格的结点处出现的原子直径不同的异类原子的晶体缺陷称为置结点处出现的原子直径不同的异类原子的晶体缺陷称为置换原子。间隙原子和大径的置换原子会引起一个以一个点换原子。间隙原子和大径的置换原子会引起一个以一个点为中心的晶格局部为中心的晶格局部“撑开撑开”现象，称之为正畸变。而晶格现象，称之为正畸变。而晶格空位和小直径的置换原子会引起一个点为中心的晶格局部空位和小直径的置换原子会引起一个点为中心的晶格局部“靠拢靠拢”现象，称
11、之为负畸变。现象，称之为负畸变。晶体中的点缺陷都是处在不断的变更和运动中，其位置随晶体中的点缺陷都是处在不断的变更和运动中，其位置随时在变。这是金属原子扩散的一种主要方式，也是金属在时在变。这是金属原子扩散的一种主要方式，也是金属在固态下固态下“相变相变”和化学热处理工艺的基础。和化学热处理工艺的基础。这里说的缺陷不是指晶体的宏观缺陷，而是指晶体中局这里说的缺陷不是指晶体的宏观缺陷，而是指晶体中局部原子排列不规则的区域。依据晶体缺陷的几何特点和部原子排列不规则的区域。依据晶体缺陷的几何特点和原子对排列不规则性的影响范围可分为三大类。原子对排列不规则性的影响范围可分为三大类。上一页上一页下一页下
12、一页(二)晶体中的缺陷2 2 线缺陷：线缺陷主要是指各种形式的线缺陷：线缺陷主要是指各种形式的“位错位错”。所谓位错是指晶体中某一列或若干列原子发生有规所谓位错是指晶体中某一列或若干列原子发生有规律的错排现象。它引起的晶格错线为中心轴的一个律的错排现象。它引起的晶格错线为中心轴的一个管状区域。管状区域。位错有多种。最简洁直观的一种称为刃型位错。它位错有多种。最简洁直观的一种称为刃型位错。它象一个刀刃的切入，故称刃型位错，见图象一个刀刃的切入，故称刃型位错，见图2-112-11。晶格中的位错多少，可用位错密度来表示。位错密晶格中的位错多少，可用位错密度来表示。位错密度是指单位体积内位错的错线长度
13、，量纲为度是指单位体积内位错的错线长度，量纲为(cm-2)(cm-2)。晶体中的位错首先是产生于晶体的结晶过程。晶体中的位错首先是产生于晶体的结晶过程。晶体材料的内部的位错在相应的条件下，可以产生晶体材料的内部的位错在相应的条件下，可以产生滑移，增值，交割，缠结，攀移等行为。这对金属滑移，增值，交割，缠结，攀移等行为。这对金属的强度、塑性等力学性能有重要影响。金属材料的强度、塑性等力学性能有重要影响。金属材料上一页上一页下一页下一页(二二)晶体中的缺陷晶体中的缺陷 3.面缺陷：晶体的面缺陷，主要是指前述的晶界和亚晶界。面缺陷是由于受到其两侧的不同晶格位向的晶粒或亚晶粒的影响而使原子呈不规则排列
14、。原子的位置处于两晶格的取向所能适应的折衷位置上。面缺陷是有确定厚度的原子排列不规则的过渡带。其厚度重要取决于相邻的两晶粒或亚晶粒的晶格位向差的大小及晶格变更的纯度。对于金属，这个厚度通常在几个原子间距或到几百个原子间距大小的范围内变更。面缺陷处的晶格畸变较大，界面处能量高，影响范围也较大。因此，晶界具有与晶粒内部不同的特性。上一页上一页下一页下一页其次节 合金的晶体结构 在机械工程中，由于纯金属本身的力学性能很有限，满足不了实际的须要。所以，很少运用纯金属制作零部件。而是将它们熔炼成合金，从而改善他们的力学性能，满足运用须要。所以，在机械工程中大量运用的金属材料绝大多数都是合金材料。如：钢、
15、铸铁、黄铜、青铜、硬铝、锻铝等等。由于合金不只是一种化学元素，因此合金的晶体结构要比纯金属困难很多。而且其显微组织仅用晶粒、晶界来表示也远为不足，必需引出一些新概念。上一页上一页下一页下一页一、基本概念5.5.显显微微组组织织：是是指指在在显显微微镜镜下下看看到到的的相相和和晶晶粒粒的的形态，大小和分布。形态，大小和分布。1.合金：合金是指由一种金属元素与另外一种或多种金属或非金属元素，通过熔炼烧结的方法所形成的具有金属性质的新金属材料。2.组元：组元是指组成合金的最基本的，独立存在的物质，简称元。组成合金的各种元素及各种化学元素都是组元。合金中有几种组元就称之为几元合金。3.合金系：合金系是
16、指有相同的组元，而成分比例不同的一系列合金。4.相：相是指在合金中，凡是化学成分相同，晶体结构相同并有界面与其他部分分隔开来的一个匀整区域。上一页上一页下一页下一页二 合金的金相组织 由于合金的各个相的晶体结构是不同的，所以，在合金中，不同的相所在的区域具有不同的晶体结构。绝大多数的合金在液相时各组元之间都能相互溶解形成单一的匀整液相。但是，在固相时各种组元之间相互作用不同，可以形成各种晶体结构和化学成分的相。通常分为固溶体和金属化合物两大类。上一页上一页下一页下一页(一)固溶体 合金结晶成固态时，含量少的组元(溶质)原子分布在含量多的组元(溶剂)晶格中形成一种与溶剂有相同晶格的相，称为固溶体
17、。可见固溶体的重要标记是与溶剂有相同晶格。依据须要 固溶体有很多种分类方法。最常用的是按溶质固溶体原子在溶剂晶格中的分布位置来分类。有间隙固溶体和置换(代位)固溶体两大类。见图2-12和图2-13。上一页上一页下一页下一页1间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体，称为间隙固溶体。由于晶格的间隙通常都是很小的，所以，一般都是由原子半径较小的(0.1nm)非金属元素(如：C、N、B、O等)溶入过渡族金属中，形成间隙固溶体。例如：钢中的奥氏作就是C原子团溶到-Fe晶格的间隙中形成的固溶体。间隙固溶体对溶质溶解都是有限的，所以都是有限固溶体。间隙固溶体中，溶质原子的排列是无秩序的，所
18、以也都是无序固济体。上一页上一页下一页下一页2置换固溶体 溶质原子代替溶剂原子占据着溶剂晶格结点位置，而形成的固溶体，称为置换固溶体。在有色金属合金中和合金钢中都存在着置换固溶体。置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体两类。所谓无限固溶体是指固溶体的溶解及是无限的。组成固溶体的两种元素随比例不同可以互为溶质或溶剂。例如：金一银合金系就是一种单相的无限的置换固溶体合金。置换固溶体中溶质原子的分布一般也是无序分布的，通常也都是无序固溶体。但是，在确定条件下也会出现有序分布。这种固溶体称为有序固溶体(也称超结构)。例如：铜一金合金系中当铜原子数与金原子数的比例为1比1或3比1并缓慢冷至室温时就会出
19、现CuAu或Cu3Au的有序固溶体其晶格结构，见图2一14上一页上一页下一页下一页 有序固溶体，虽然化学元素成比例，但不是化合物。当把它加热到确定温度时就会变成无序固溶体。若是把它再缓慢地冷到这个温度之下又可变为有序的。这个无序到有序的转变过程称固溶体的有序化。固溶体的有序化也会变更。如：硬度和脆性增加，塑性和电阻率下降等。上一页上一页下一页下一页3.固溶体的溶解度 溶质原子溶于固溶体中的量称为固溶体的浓度。港质在固溶作中的体中的溶解度。不同固溶体的溶解度不相同。同一种固溶体随温度溶解度也增加，反之下降。上一页上一页下一页下一页4 4影响因溶体的晶体结构和溶解度主要因素目影响因溶体的晶体结构和
20、溶解度主要因素目前已被公认的主要因素有前已被公认的主要因素有：(1)原子直径因素：当溶质与溶剂的原子直径相差较小时易形成置换固溶体，而且直径差愈小，其溶解度也会愈大。这是因为，原子直径差会引起晶格的畸变，使晶格的畸变能增加。原子直径差愈大，畸变能增加愈剧。随着畸变能的增加将使这种固溶体晶格结构的稳定性下降。自然这种固溶体本身的存在也就不稳定了，这将会导致其它相的形成。但是，若两种原子直径差愈小，畸变能增加也愈小，尽管固溶体浓度不断增加，也不致于因畸变能的缘由而引起其晶格结构的变更。这就有可能形成无限固溶体。当溶质与溶剂的原子直径差很大时是不能形成置换回溶体的。但是，却可以形成间隙固溶体。间隙固
21、溶体的溶解度较小。上一页上一页下一页下一页(2)(2)负负电电性性因因素素：所所谓谓负负电电性性是是指指某某元元素素的的原原子子从从其其它它元元素素原原子子夺夺取取电电子子而而变变成成负负离离子子的的实实力力。在在元元素素周周期期表表中中，两两种种元元素素的的位位置置距距离离愈愈远远，则则其其负负电电性性差差也也愈愈大大。两两元元素素负负电电性性愈愈大大，则则化化学学亲亲合合的的实实力力也也愈愈大大。它它们们之之间间就就易易于于形形成成化化合合物物，而而不不利利于于形形成成固固溶溶体体，即即使使形形成成固固溶溶体体其其溶溶解解度也很小。度也很小。上一页上一页下一页下一页(3)电子浓度因素：在合
22、金中，价电子数目否与原子数目n之比称为电子浓度。对于固溶体来讲，当溶质原子与溶剂原子的价电子数不相同时，随着溶质原子的进入，将使固溶体晶格中的电子浓度以及电子云的分布有所变更。并且，随着溶入的溶质数量愈多，电子浓度变更愈大。直至达到某一个极限电子浓度时，此固溶体的晶格结构就不稳定了。将会出现新的相。可见，每种固港体只能稳定的存在于确定的电子浓度范围之内。例如：对于溶剂是一价的，而溶质是高于一份的固溶体，若晶格结构是面心立方，其电子浓度的极限值为l.36。若固溶体具有体心立方晶格则电子浓度的极限值为1.48。上一页上一页下一页下一页(5)温度因素：在一般状况下，固溶体随温度上升其溶解度也增加 这
23、可能与固溶体晶格上原子的热振动有关。(4)(4)晶晶体体结结构构因因素素：在在多多数数的的状状况况下下，晶晶格格类类型型相相同同的的元元素素之之间间溶溶解解度度较较大大。晶晶格格类类型型不不同同的的元元素素之之间间溶溶解解度度较较小小。无无限限固固溶溶作作只只能能产产生生于于相相同同晶晶格格结结构构的的元元素素之间。之间。上一页上一页下一页下一页 上述五种因素的综合作用确定了固溶体的种类及其溶解度的大小。如：钢铁中常见的五元素(C、Si、Mn、S、P)与铁元素的关系。C原子半径较小(0.077nm)与过渡族元素Fe在确定的条件下能形成间隙固溶体。C固溶到体心立方的-Fe中形成的间隙固溶体(铁素
24、体)，室温时的溶解度很小(0.0008%)近于零。当温度上升到727C时获得最大溶解度为0.02%。C固溶到面心立方的-Fe中所形成的间隙固溶体(奥氏体)最大溶解度可达2.11%。Si、Mn、S、P的原子直径远大于C原子的。因而与Fe只能形成置换固溶体。其中Si、Mn与Fe的负电性差及原子尺寸差均较S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度较大而S、P在Fe中的溶解度较小。尤其是S，它的原子直径与Fe原子直径差约为18%，既不特别大，也不特别小，再加上负电性相差也很大，所以，S几乎不溶于Fe，但与 Fe易形成有害化合物FeS。小 结上一页上一页下一页下一页5固溶体的性能 当溶质含量极少时，固
25、溶体的性能与溶剂金属基本相同。随着溶质含量的上升，通常都会使固溶体的强度、硬度上升；塑性、韧性下降；电阻率、磁矫顽力上升。通常把溶入溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度上升的现象称之为固溶强化。固溶强化是金属材料的一种重要的强化途径。假如适当限制港质的浓度，可以在显著提高金属材料强度和硬度的同时，仍可以保持相当好的塑性和韧性。工业上运用的金属材料多数都是单相固溶体合金和以固溶体为基体的多相合金。上一页上一页下一页下一页 当然仅靠固溶强化来提高金属材料的强度和硬度还是很有限的。但是可以在固溶强化工基础上再适当协作其它强化手段，就会使金属材料起到所需的各种强韧巨。其它强化方法要还有：细晶强化、其
26、次相弥散强化、热处理相变强化、加工硬化等。这些强化方法将教材后面的内容中接连介绍。上一页上一页下一页下一页(二)金属化合物 在合金中，当溶质组元的质量分数超过固溶体的溶解度将会产生新相。这个新相可能以另一组元为溶剂的另一种固溶体。也可能产生一种晶格结构不同于任一组元的化合物。如钢中的Fe3C、FeS、MnS；黄铜中的相(CuZn)等。若化合物的结合键中有确定程度的金属键，则该化合物就具有确定的金属性质。这种具有金属性质的化合物被称之为金属化合物。如：Fe3C、CuZn就是金属化合物。而FeS、MnS主要是离子键结合，没有金属性质称为非金属化合物。在合金中，金属化合物若以细小的粒状匀整分布在固溶
27、体相的基体上会使合金的强度、硬度进一步提高，这种现象称为其次相弥散强化。非金属化合物在合金中通常都会降低合金的性能，它们的存在愈少愈好。非金属化合物常被称为非金属夹杂物，简称夹杂。上一页上一页下一页下一页 金属化合物一般都具有困难的晶格结构、熔点高、硬而脆。在合金中金属化合物的多少。形态、大小、分布的方式等对合金的性能有不同的影响。若弥散匀整分布可提高合金的强度，硬度和耐磨性，但会降低合金的塑性和韧性。若以网状或大块条状分布，则会严峻降低合金的各种力学性能。通过热处理及锻造可以变更金属化合物在合金中的分布状况。依据金属化合物形成的条件可分为三大类：上一页上一页下一页下一页1正常价化合物 这是一
28、种符合化合物原子价规律，成分固定并有严格分子式的金属化合物。通常由在元素周期表上相距较远、电化学性质相差很大的两种元素化合而成。例如：强金属元素与非金属或类金属元素(Sb、Bi、Sn、Ph等)形成的化合物 Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb等。正常价化合物化学成分固定，一般不会形成以化合物为基的固溶体。它常被用作铝合金、青铜等材料的强化相。上一页上一页下一页下一页 2.电子化合物 这是一类不遵守原子价规律而听从电子浓度规律的化合而成。当电子浓度为2114、2113、2112时，则分别形成体心立方的电子化合物(相)、困难体心立方的电子化合物(相)，密排立方体(相)。见表2-2。电子化合物的晶体结
29、构主要取决于电子浓度。但是，元素的原子直径和电化学性质等因素也对晶格结构类型有影响。例如：当组成电子化合物的两元素的原子直径差很小时，电子浓度为2114的电子化合物的晶格结构除体心立方外，还可能是密排六方结构。上一页上一页下一页下一页 电子化合物虽然可以用化学式来表示，然而其化学成分通常并不是一个固定值，而是可以在确定范围内变更的。例如：电子化合物 CuZn中Zn的质量分数可以变更的范围是由36.8%到56.5%。这种化学成分不是化学式中标称值的电子化合物，被称为是以这种电子化合物为基的固溶体。其性能与相应的电子化合物相同。电子化合物及其固溶体都是金属键结合，具有明显的金属特性，并且溶点、硬度
30、均较高，塑性很低。在合金中一般不作为基体相，而是以弥散分布的其次相形式来强化合金。在有色金属合金中，它常作为一种强化相与基体的固溶体相相互协作来调整合金的性能。电子化合物晶格中，各组成元素的原子间多呈无序分布状态。但有些电子化合物在缓慢冷却时也可变成有序分布，出现有序化转变现象。上一页上一页下一页下一页 这是一种以原子直径较大的过渡族金属与原子直径很小的非金属原子组成的化合物。非金属原子有规则的嵌入金属元素晶格的间隙中，所以称为间隙化合物。3间隙化合物它可分为两类：它可分为两类：上一页上一页下一页下一页(1)间隙相当非金属原子直径与金属原子直径比值小于0.59时，形成简洁晶格的间隙化合物，称间
31、隙相。从表21中可见非金属元素碳的原子直径为0.154nm，而金属元素钛的原子直径为0.293nm。它们的比值小于0.59，所以形成的间隙化合物TiC就是一种间隙相。其晶格结构见图215。从图上可见Ti原子处与面心立方体的结点上，而C原子处于晶格的间隙中。过渡族金属的氮化物，氢化物及部分化物都是间隙相。如：W2C，TiC，TiN，Fe4N，Nb4C，Fe2N，Ti，TiH2。上一页上一页下一页下一页 间隙相都可以写成固定原子比的化学式形式：M4X、M2X、MX、MX2，M代表过渡族金属元素，X代表非金属元素C、N、H。但是，在间隙相中两种元素的原子数量之比事实上可从在确定范围内变更。例如：Ti
32、C中的金属Ti的原子数量与非金属C的原子数量比可由Ti2C到TiC之间变更形成间隙缺位固溶体。间隙相中除MX型中的氮化物是体心立方体晶格，WC，MoN是简洁六方晶格及M2X型多是密排六方晶格，其余都是面心立方晶格。上一页上一页下一页下一页(2)困难结构的间隙化合物当非金属原子直径与金晶原子直径之比大于0.59则不能产生间隙相，而产生困难晶格结构的间隙化合物。过渡族金属的硼化物及部分碳化物都是困难结构的间隙化合物。在钢铁材料中，常见的困难结构的间隙化合物有Fe3C、FeB、Cr23C6、Cr7C3等。Fe3C是碳素钢中重要的强化相。其晶格结构，见图216。是由碳原子组成的正交晶格(=90，abc
33、)，每个碳原子四周都配有六个铁原子，并组成一个八面体。八面体内只有一个碳原子，而八面体上的每个铁原子只有一半属于这个八面体。所以保证了Fe与 C的原子数比为 31。形成较稳定的 Fe3C金属化合物。上一页上一页下一页下一页 困难结构化合物中的金属原子和非金属原子都可以被别的原子所置换，形成以困难结构化合物为基的置换固溶体。例如：Mn或Cr置换渗碳体Fe3C中的部分Fe原子，则形成(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C等合金渗碳体；再如N或B置换部分C原子，则形成Fe3(C、N)、Fe3(C、B)等合金渗碳体。困难结构化合物置换固溶体与相应的困难结构。化合物的性能相像，都是又硬又脆高熔点，见表2
34、3。形成间隙化合物的过渡族元素的d层电子数愈少与碳的亲合力就愈强，形成的化合物也愈稳定。其中间隙相更稳定，熔点和硬度也更高。间隙相TiC的硬度最高，可达2850HV左右，困难结构的间隙化合物Fe3C硬度最小，约为860HV左右。过渡族中钻、镍等元素d层电子较多，不生成碳化物。返回返回上一页上一页下一页下一页晶格、晶胞返回返回上一页上一页下一页下一页晶格、晶胞返回返回上一页上一页下一页下一页晶格、晶胞返回返回上一页上一页下一页下一页体心立方返回返回上一页上一页下一页下一页面心立方返回返回上一页上一页下一页下一页密排立方返回返回上一页上一页下一页下一页晶粒与晶界返回返回上一页上一页下一页下一页亚晶粒与亚晶界返回返回上一页上一页下一页下一页点缺陷返回返回上一页上一页下一页下一页线缺陷返回返回刃型位错示意图刃型位错示意图上一页上一页下一页下一页间隙固溶体返回返回上一页上一页下一页下一页置换固溶体返回返回上一页上一页下一页下一页返回返回上一页上一页下一页下一页合金中常见化合物及结构返回返回上一页上一页下一页下一页元素周期表返回返回上一页上一页下一页下一页间隙相碳化钛返回返回上一页上一页下一页下一页返回返回上一页上一页下一页下一页返回返回返回返回FeFe3 3C C