《材料科学基础》课件之第五章----0501材料相结构和相图.ppt

1 第五章材料的相与相图 5 1材料相结构5 2二元相图及类型5 3铁碳合金相图和平衡条件相变5 4三元相图简介 2 组元 组成材料最基本的 独立的物质 纯元素 化合物 材料可由单组元 金属 陶瓷 或多种组元组成 合金 由两种或两种以上的金属或金属与非金属组元组成的具有金属特性的材料 相 合金中具有同一聚集状态 同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分 3 5 1材料相结构 固溶体 以合金中某一组元为溶剂 其他组元为溶质形成的 与溶剂有相同晶体结构 晶格常数稍有变化的固相它可在一定成分范围内存在 性能随成分变化 几乎所有金属都可形成固溶体 4 按固溶度分类有限固溶体 溶质原子在溶剂中溶解度有一定极限 MgO CaO无限固溶体 溶质与溶剂可以任何比例相互溶解 互为剂质 Cu Ni Cr Mo Mo W Ti Zr MgO CoO 5 按有序度分类短程有序 溶质原子只在短距离范围内按一定规则有序分布 长程有序 溶质原子全部达到有序状态 完全有序 有序固溶体 溶质原子长程有序的固溶体 超结构 超点阵 无序固溶体 溶质原子完全无序或仅是短程有序 可有序化处理 a 完全无序 b 偏聚 c 部分有序 d 完全有序 6 置换固溶的溶解度影响因素 尺寸因素 尺寸差大 畸变能大 溶解度小溶质与溶剂原子半径的相对差小于14 15 才可能形成溶解度较大甚至无限溶解的固溶体 7 电负性因素 电负性差小 固溶度大 差大化合电负性差值 X0 4 0 5 倾向于形成稳定的化合物 其电负性差值越大 固溶体中固溶度越小 8 电子浓度因素 e a 原子价高 溶解度小 电子浓度是合金中价电子数目与原子数目的比值 固溶体中的电子浓度有其极限值 9 晶体结构因素 组元晶体结构相同 固溶度大 无限 组元晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件形成有限固溶体时 溶质元素与溶剂的结构类型相同 则溶解度通常也较不同结构时为大 10 间隙固溶体只有原子半径接近晶格间隙半径的才能作为间隙原子溶质 H O N C B 只能有限固溶 并且伴随较强烈的晶格畸变 产生固溶强化陶瓷材料也可以置换固溶或有限固溶 溶质原子在晶格中的分布状态取决于同类 异类原子结合能的相对大小溶质偏聚 同类原子结合能小于异类原子结合能规则有序 同类原子结合能大于异类原子结合能 11 二 中间相 溶质原子加入量达到一定值时形成的晶体结构 结合键不同于溶剂和溶质中任一组元的相 因常常出现在相图的中间部位 因此成为中间相同时由于其具有一定金属性 称为金属间化合物 高熔点 高硬度 高强度 耐磨耐热 物化 正常价化合物 电负性差起主要作用电子化合物 不符合正常化学价规律 电子浓度规律为主尺寸因素化合物 畸变能增至一定容限 原结构不稳定 12 正常价化合物 电负性差起主要作用 电负性差值较大的元素按通常的化学价规律形成的化合物 可用化学式表示 金属元素与IV V VI族元素组成 电负性差值越大 稳定性越高 愈接近离子键合 反之趋向于金属键合包括从离子键 共价键过渡到金属键为主的一系列化合物通常具有较高的强度和脆性 固溶度范围极小在相图上为一条垂直线 13 电子化合物 也可用分子式表示 但是不符合正常化学价规律 电子浓度规律为主 电子浓度达到一定范围 就形成一定的相 Hume Rothery相 在相图上占有一定成分范围结合性质为金属键 有明显的金属特性熔点 硬度较高 脆性较大 14 尺寸因素化合物 加入溶质原子后 畸变能增至一定容限 原结构不稳定所形成的新相 原子尺寸作为决定因素 间隙化合物过渡族金属与H B C N等原子半径甚小的非金属元素之间形成简单间隙相 RX RM0 59晶体结构很复杂 合金钢中分子式主要有M3C 正交 M23C6 复杂六方 和M7C3 简单六方 类型 Fe3C Mn3C Cr7C3 Cr23C6 Fe3W3C Fe4W2C 15 拓扑密排相 TCP相 原子尺寸差介于间隙化合物和电子化合物之间的两种原子 进行最紧密堆垛 通过合理搭配 就有可能获得全部或主要由四面体堆满整个空间 达到空