材料科学基础合金相结构

1、材料科学基础合金相结构第1页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四2.3.1 固溶体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 1.固溶体的特点固溶体的结构与溶剂相同固溶体的成分可在一定范围变化固溶体一般位于相图的两侧固溶体的强度、硬度比纯金属高，导电性下降在多相合金中，固溶体一般作为基体相 第2页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四2.固溶体的分类第3页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第4页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第5页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四3.置换固溶

2、体第6页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第7页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第8页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第9页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第10页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第11页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第12页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第13页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第14页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第15页，共72页，2022年，5月20日，4点

3、30分，星期四第16页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四影响置换固溶体的其他因素温度、冷却速度、机械合金化等第17页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四4.间隙固溶体第18页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四原子半径小于 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 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 C 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

4、体心立方的 -Fe 的间隙更小， C 的溶解度为 0.095%at 第19页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第20页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四影响间隙固溶体溶解度的因素间隙有限，溶解度有限有限固溶体溶解度与溶质原子尺寸有关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第21页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四5.固溶体的微观不均匀性第22页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第23页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四6.固溶体的性质点阵常数a改变置换固溶体：rBrA, a

5、增大； rBrA, a减小。间隙固溶体： a增大。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。电阻增加，磁性和耐蚀性改变。第24页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第25页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第26页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四中间相（金属间化合物）第27页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四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。1.中间相的特点中间相的结构不同与组元组元大致按一定的原子比结合中间相一般位于相图的中

6、间中间相有共价键、离子键和金属键结合，以金属键为主有高的熔点、硬度，有的具有超导性在多相合金中，中间相一般作为强化相 第28页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四 2.正常价化合物金属与 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 AB 型 NaCl 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 Z

7、nS 结构 ( ZnS, CdS, MgTe, CdTe, MnSe, AlN等 ) 第29页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四AB2型 CaF2结构 ( PtSn2, AuAl2, PtIn2等 ) ， 反 CaF2结构 ( Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Pb, Cu2Se 等 ) A2B3型 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 第30页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第31页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第32页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四 3.电子化合物 Cu, Ag,

8、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 第33页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第34页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第35页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第36页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第37页，共72页，202

9、2年，5月20日，4点30分，星期四4. 间隙相与间隙化合物 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； r X/ r M0.59 复杂晶 体结构的间隙化合物。 第38页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四（1）间隙相第39页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四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 第40页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期

10、四第41页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第42页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第43页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四一些间隙相的成分范围第44页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四（2）间隙化合物第45页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四 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, M23C6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

11、原子， 4 个碳原子 第46页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四Fe3C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。Fe3C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；Fe3C中的C可被B置换，但不能被N置换。第47页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第48页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四间隙化合物的晶体结构都很复杂。如Cr23C6。属于复杂立方结构，晶胞

12、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第49页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第50页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四5.有序固溶体（超结构）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 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 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, Mg

13、Cd, Co3W, MoCo3 第51页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第52页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第53页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第54页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第55页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第56页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第57页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第58页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第59页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第60页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第61页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第62页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第63页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第64页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第65页，共72页，2022年，5月20日，4点30分，星期四第66页，共72页，