合金的结构和结晶
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合金的结构与结晶
时间
A 90 70 50
S
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
一）匀晶相图（固溶体结晶）
• 组成二元合金的两组元在液态和固态均能无 限互溶的合金所形成的相图称为二元匀晶相图。
1. 相图分析
温 度
L
2.杠杆定理只适合两相区，并 只能在平衡状态下使用
2 合金的平衡结晶过程及其组织
（1）固溶体合金（合金Ⅰ）
成分位于M点以左（即 wSn≤19%）或N点以右（即 wSn≥97.5%）的合金称为固 溶体合金 合金Ⅰ的冷却曲线和结晶过 程如图所示
液态合金缓冷至温度1，开始从L相中结果出α固 溶体。随温度的降低，液相的数量不断减少，α固 溶体的数量不断增加，至温度2合金全部结晶成α 固溶体。温度2~3范围内合金无任何转变，这是匀 晶转变过程。冷却至温度3时，Sn在α中的溶解度 减小，从α中析出β是二次相（βⅡ）。Α成分沿固 溶线MF变化，这一过程一直进行至室温，所以合 金Ⅰ室温平衡组织为（α+ βⅡ ）。
不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶 剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力 增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。这种通过溶 入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高 的现象，称为固溶强化。
固溶体中的晶格畸变示意图 a)间隙固溶体 b)置换固溶体
三、二元合金相图
合金
( alloy ) 组元 ( element ) 相 ( phase ) 显微组织 ( microscopic structure )
第三章 合金的相结构和结晶
3.2 合金的相结构
固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化 合物两大类。
3.2.1固溶体
合金的组元之间以不同比例相互混合后形 成的固相，其晶体结构与组成合金的某一组元 的相同，这种相称为固溶体。与固溶体结构相 同的组元为溶剂，另一组元为溶质。碳钢和合 金钢，均以固溶体为基体相。
一、固溶体的分类
1、按溶质原子在溶剂晶格中所占位置分类 置换固溶体和间隙固溶体
相图是表示在平衡条件下合金系中合金的状态与温 度、成分间关系的图解，也称为平衡图或状态图。 平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各 相的成分和质量分数不再变化所达到的一种状态。
一、二元相图的表示方法
合金存在的状态通常 由合金的成分、温度 和压力三个因素确定。 常压 表象点
二、二元合金相图的测定方法
第三章 二元合金的相结构与结晶
合金：指两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔 炼或烧结，或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质。 纯金属和合金的比较： 纯金属强度一般较低，不适合做结构材料 因此目前应用的金属材料绝大多数是合金，如应用最广泛的 碳钢和铸铁就是铁和碳的合金，黄铜就是铜和锌的合金。 合金性能优良的原因： 合金的相结构 合金的组织状态：合金相图
2、固溶体合金的结晶需要一定的温 度范围
固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围内进行， 在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数 量的固相。随着温度的降低，固相的数量增加，同 时固相和液相的成分分别沿着固相线和液相线而连 续地改变，直至固相的成分与原合金的成分相同时， 才结晶完毕。这就意味着，固溶体合金在结晶时， 始终进行着溶质和溶剂原子的扩散过程，其中不但 包括液相和固相内部原子的扩散，而且包括固相与 液相通过界面进行原子的互扩散，这就需要足够长 的时间，才得以保证平衡结晶过程的进行。
合金的结晶过程较为复杂,通常运用合金相图来分析合金结晶...
LE C N
恒温
3）cf：为Sn在Pb中的溶解度线（或α相的固溶线）。温度降低， 固溶体的溶解度下降。从固态α相中析出的β相称为二次β，常 写作βⅡ。这种二次结晶可表示为：α→βⅡ 。 4）eg：为Pb在Sn中溶解度线（或相的固溶线）。Sn含量小于g 点的合金，冷却过程中同样发生二次结晶，析出二次α；即 β→αⅡ。
2）固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即 为一个变温结晶过程。
工程材料原理
温 度 L4 A 1083℃ L3 L2 t4
I L1 t3
L L+α t α 1 t2 α α 3 2
B 1452℃
1
L L α
、α 4 3
α
α
Cu
XL X0 Xα Ni % Ni （a） （b） 图3-4 Cu-Ni合金相图
工程材料原理
1. 发生匀晶反应的合金的结晶
匀晶转变：从液相中不断结晶出单相固溶体的过程 称为匀晶转变。 匀晶相图：二组元在液态、固态时均能无限互溶的 二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合金系 称为匀晶系。 属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、AgAu、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合 金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类 相图是学习二元合金相图的基础。
20%Ni
1. 纯金属冷却曲线上有水平台阶，是 TNi 因为凝固时释放的结晶潜热补偿了 冷却时的热量散失，故温度不变； 说明纯金属凝固是恒温过程；
T2. Cu
100%Cu
时间
Cu-Ni合金相图的测绘 冷却曲线
合金冷却出现二次转折，是因为合 金凝固时释放的结晶潜热只能部分 补偿冷却时的热量散失，使冷却速 Cu 20 40 60 80 Ni 率降低，出现第一个拐点，凝固结 Ni % 束后，没有潜热补偿，冷却速率加 快，出现第二个拐点，两个点分别 为凝固开始点和凝固结束点。
第三章 二元合金的相结构与结晶
第五节
共晶相图及其合金的结晶
• 两组元在液态时相互无限互溶，在固态时 相互有限互溶，发生共晶转变，形成共晶 组织的二元系相图，称为二元共晶相图。
一、相图分析
• 右图为Pb－Sn二元共晶 相图，图中AEB为液相线 AMENB为固相线，MF为 Sn在Pb中的溶解度曲， 也叫固溶度曲线，NG为Pb 在Sn中的溶解度曲线。 • 相图中有三个单相区：液相L、固溶体α 相和固溶体β 相。 • 各个单相区之间有三个两相区：L＋α 、L+β 和 α ＋β 。在L＋ α 、L+β 和α ＋β 两相区之间的水平线MEN 表示α ＋β ＋L三相共存区。
第三节
二元合金相图的建立
• 相图是表示在平衡条件下合金系中合金的 状态与温度、成分间关系的图解，又称为 状态图或平衡图。
一、二元相图的表示方法
• 由于合金的熔炼、加工处 理等都是在常压下进行， 所以合金的状态可由合金 的成分和温度两个因素确 定。对于二元系合金来说， 通常用横坐标表示成分， 纵坐标表示温度（右图）。 E点表示合金成分为wB＝ 40％，wA＝60％，温度为 500℃。
2.按固溶度分类
• （1）有限固溶体 在一定条件下，溶质组 元在固溶体中的浓度有一定的限度，超过 这个限度就不再溶解了，这一限度称为溶 解度或固溶度，这种固溶体就称为有限固 溶体。大部分固溶体都属于这一类。 • （2）无限固溶体 溶质能以任意比例溶入 溶剂，固溶体的溶解度可达100％，这种固 溶体就称为无限固溶体。
• 下图是含Sn10％的Pb-Sn合金Ⅰ平衡结晶过程示 意图。
（二）共晶合金
• 共晶合金Ⅱ中，含锡量为 61.9％，其余为铅。当合 金Ⅱ缓慢冷却至温度tE （183℃）时，发生共晶转 变： LE≒α M＋β N • 这个转变一直在183 ℃进 行，直到液相完全消失为 止。 • 右图是Pb-Sn共晶合金的显 微组织，其中黑色的为α 相，白色的为β 相。 α 和 β 呈层片状交替分布。
机械制造基础第二章2
位错对材料性能的影响比点缺陷更大， 位错对材料性能的影响比点缺陷更大 ， 对金属材料的影 响尤甚。理想晶体的强度很高，位错的存在可降低强度， 响尤甚 。 理想晶体的强度很高，位错的存在可降低强度 ， 但 是当错位量急剧增加后，强度又迅速提高。 是当错位量急剧增加后，强度又迅速提高。 生产中一般都是增加位错密度来提高强度， 生产中一般都是增加位错密度来提高强度 ， 但是塑性 随之降低，可以说， 随之降低 ， 可以说 ， 金属材料中的各种强化机制几乎都是 以位错为基础的。 以位错为基础的。 3. 面缺陷：指在两个方向上的尺寸很大，第三个方向上的 面缺陷：指在两个方向上的尺寸很大， 尺寸很小而呈面状的缺陷。 尺寸很小而呈面状的缺陷。面缺陷的主要形式是各种类型 的晶界。 的晶界。 晶界：指晶粒与晶粒之间的边界。 晶界：指晶粒与晶粒之间的边界。
图1-6 冷却曲线
3.结晶过程。 晶体形核和成长过程。如图1-7所示，在液 3.结晶过程。 晶体形核和成长过程。如图1 所示， 结晶过程 体金属开始结晶时， 体金属开始结晶时，在液体中某些区域形成一些有规则排 列的原子团，成为结晶的核心， 形核过程）。 列的原子团，成为结晶的核心，即晶核 （形核过程）。 然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大， 然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大，形成 晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时， ）。在晶体长大的同时 晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时，新的晶核又继续 产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触，液态金属完 产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触， 全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一， 全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一，大 晶界。 小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界 小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界。
--合金的晶体结构及结晶
定义：当冷却速度较快时，晶粒中先结晶的（高熔点）树 枝晶轴成分和后结晶（低熔点）的树枝晶成分上存在差异 的现象。
影响：枝晶偏析对材料的力学性能、抗腐蚀性能及工艺性 能都不利。
影响因素：
(1)冷却速度 (2)结晶温区（液相与固相的垂直距离）
解决措施：把合金加热到高温（低于固相线100℃左右，并 进行长时间保温，使原子充分扩散，从而获得成分均匀的 固溶体——扩散退火
具体方法： （1）确定两平衡相的成分（浓度） 做通过某点温度的水平线，与液相线交点即 为L相成分；与固相线交点即为α相成分。 （2）确定两平衡相相对含量
T,C
1500
1400
1300
1200
1100 1000
a
Cu
（2）
QL
X1
X
20 b 40 60
Ni%
1455
c
Qα
（1）
T1
X2
Ni 80 100
凝固过程：
水（液相）
水+冰 （双相）
冰（固相）
铁素体（ F ）白色
Fe3 C
Fe-C合金 中的相— —F+Fe3 C
组织—— 相的形状、分布、组合状态。
双相组织（F+ Fe3 C）
单相组织（F）
合金中两类基本相：
固溶体 —— 合金在固态下由组元间相互溶解而形成 的晶体结构与某一组员相同的新相称为固溶体，其中 与合金的晶体结构相同的组元称为溶剂，其余的称为 溶质。
பைடு நூலகம்
eg. 求某含 Ni的量为 X%铜镍 合金，在 T1温度下 液相的重 量为QL 与 α相的 重量为Q α。
（1）做T1温度的水平线，则其与液相线的交点
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
均匀长大
树枝状长大
2-2
晶粒度
实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。 晶粒细小金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。
标准晶粒度共分八级， 一级最粗，八级最细。 通过100倍显微镜下的 晶粒大小与标准图对 照来评级。
2-2
• 影响晶粒度的因素
• （1）结晶过程中的形核速度N（形核率） • （2）长大速度G（长大率）
面心立方晶 格
912 °C α - Fe
体心立方晶 格
1600
温 度
1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700 600 500
1534℃ 1394℃
体心立方晶格
δ - Fe
γ - Fe
γ - Fe
912℃
纯铁的冷却曲线
α – Fe
体心立方晶 格
时间
由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过 不同的热处理工艺来改变钢铁的组织和性能。
2-3
• 铁碳合金—碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 Fe、C为组元，称为黑色金属。 Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、 S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。
2-3
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC。 • 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 • 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型：
第三章 二元合金的相结构与结晶
第三章二元合金的相结构与结晶一、填空题1. Cr、V在γ-Fe中将形成固溶体。
C、N则形成固溶体。
2. 与间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要一些。
3. 固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的熔点组元。
4. 共晶反应的特征是，其反应式为。
5. 匀晶反应的特征是，其反应式为。
6. 共析反应的特征是，其反应式为。
7. 合金固溶体按溶质原子所处位置可分为和，按原子溶入量可以分为和。
8. 合金的相结构有和两种，前者具有较高的性能，适合于做相；后者有较高的性能，适合于做相。
9.间隙固溶体的晶体结构与相同，而间隙相的晶体结构与不同。
10.接近共晶成分的合金，其性能较好。
11.共晶组织的一般形态是。
12.固溶体合金，在铸造条件下，容易产生_______ 偏析，用__________ 方法处理可以消除。
13.K0<1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越小，成分偏析越____ , 提纯效果越_____；而K0>1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越大，成分偏析越____ , 提纯效果越_____。
二、判断题1.共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。
( )2.铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。
( )3.合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关。
( )4.置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。
( )5.合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。
( )6.共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。
( )7.共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。
( )8.初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。
( )9.根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。
( )10.亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。
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•相
➢ 在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部 分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相.
合金的结构和结晶
二、合金中的相结构
• 相结构，实指合金的晶体结构 • （一）固溶体 • 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格
类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。 • （二）金属化合物 • 定义：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不
• 例：Ｆe与Ｆe ３ Ｃ——Ｐ、Ｓ、Ｔ、Ｓ 回 、Ｔ回、组织
合金的结构和结晶
铁碳合金的结晶组织金相像片
合金的结构和结晶
§2 二元合金相(状态)图
• 一、相图的意义及相关概念 • 二、二元合金状态图的建立 • 三、平衡相组成的分析 • 四、二元状态图的基本类型分析
合金的结构和结晶
一相图的相关概念
• 在这些化合物中，Fe3C和β相均具有相当程度的金属键及 一定的金属性质，是一种金属物质，称为金属化合物，而 FeS、MnS具有离子键，没有金属性质，属于一般的化合 物，因而又称为非金属化合物。在合金中，金属化合物可 以成为合金材料的基本组成相，而非金属化合物是合金原 料或熔炼过程带来的，数量少且对合金性能影响很坏，因 而一般称为非金属夹杂。
同于任一组元的新相称之为金属化合物。
合金的结构和结晶
固溶体
固溶体中的晶格畸变示意图
• 间隙固溶a体)间隙固溶体 b)置换置固换溶体固溶体
合金的结构和结晶
置换固溶体
• 溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成 的固溶体称置换固溶体。
• 溶质原子在溶剂晶格结点上呈无序分布的置换固溶 体称为无序固溶体；溶质原子在溶剂晶格结点上按 一定秩序排列的置换固溶体称有序固溶体。显然， 只有当溶质原子和溶剂原子成一定比例时，才有可 能形成有序固溶体。
合金的结构和结晶
化合物
• 若新相的晶格结构不同于任一组成元素，则新相是组成元 素间相互作用而生成的一种新物质，属于化合物，如碳钢 中的Fe3C，黄铜中的β相（CuZn）以及各种钢中都有的 FeS、MnS等等，都是化合物。
• 金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶格类型完 全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗碳体（Fe3C） 是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的 晶格形式。
• (３)间隙化合物（尺寸因素化合物）
• 间格隙结相构： 。例d非：／Ｗd Ｃ金＜、０Ｔ.IＣ５９
具有比较简单的晶
• 间例隙：化Ｆ合e３物Ｃ：dＣ非／r２d３金Ｃ＞6０ .５９ 具有的复杂结构。
合金的结构和结晶
金属化合物
金属化合物的性能不同于任一组元，其溶 点一般较高、硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分 布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度
合金的结构和结晶
固溶体的性能
• 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于 溶质原子的存在都会使晶格发生畸变，使 其性能不同于原纯金属。
• 当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能 与溶剂金属基本相同。随溶质含量的升高， 固溶体的性能将发生明显改变，其一般情 况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧 性有所下降，电阻率升高，导电性逐渐下 降等。
• 此外，按照溶解度的大小，置换固溶体，又可分为 无限置换固溶体和有限置换固溶体。
合金的结构和结晶
间隙固溶体
• 溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体， 即间隙固溶体，间隙固溶体仍保持着溶剂金属的晶 格类型。
• 已有研究表明，当溶质元素的原子直径与溶剂元素 的原子直径之比小于0.59时，易于形成间隙固溶体， 而在直径大小差不多的元素之间易于形成置换固溶 体。且溶质原子在间隙固溶体中只能呈统计分布， 形成无序固溶体，而且当溶剂晶格间隙被溶质原子 填充到一定程度后就不能再继续溶解，多余的溶质 原子将以新相出现，因此，间隙固溶体的溶解总是 有限的，间隙固溶体总是有限固溶体。
合金的结构和结晶
化合物的原子价规律， 成分固定，可用化学式表示。
• （２）电子化合物：是由第一族元素，过渡族元素与 第二至第五族元素结合而成。
服从电子浓度规律，即当合金的电子浓度达到某一 数值，变形成具有某种晶格结构的化合物相。例：
Ｃu －Ｚn β-γ-ε
和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。
金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是 许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成 相。
绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金 属化合物组成的混合物，其性质取决于固溶体 与金属化合物的数量、大小、形态和分布状况。
合金的结构和结晶
组织
• 组织(是一种显微尺度)在金属和合金中，用 肉眼、低倍放大镜或普通金相显微镜，可 观察到的金属或合金内部晶体(微观)形貌。 它是由单相物质或多相物质组合成的，具 有一定形态特征的聚合体.
• §1 合金中的相结构 • §2 二元合金状态图 • §3相图与合金性能的关系
合金的结构和结晶
§1 合金中的相结构
一、合金的基本概念
• 合金 ➢通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一 种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特 性的新物质，称为合金。
• 组元 ➢组成合金的最基本的、独立的物质称为组元
• 1． 组元：
通常把组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质 称为组元。但在所研究的范围内既不分解也不发生任何化 学反应的稳定化合物也可称为组元，如Fe3C看作一组元。 • 2． 合金系 由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成 分的合金，称为合金系。 • 3．相图 用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相 图，又称状态图或平衡图。 相图上所表示的组织都是十分缓慢冷却的条件下获得的，
合金的结构和结晶
固溶体的性能
不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代 替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变， 使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、 硬度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，
使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为固 溶强化。
固溶强化是提高金属材料力学性能的重要途径之
一。实践表明，适当控制固溶体中的溶质含量， 可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时， 仍能保持良好的塑性和韧性。因此，对综合力 学性能要求较高的结构材料，都是以固溶体为 基体的合金。
➢ 在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部 分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相.
合金的结构和结晶
二、合金中的相结构
• 相结构，实指合金的晶体结构 • （一）固溶体 • 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格
类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。 • （二）金属化合物 • 定义：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不
• 例：Ｆe与Ｆe ３ Ｃ——Ｐ、Ｓ、Ｔ、Ｓ 回 、Ｔ回、组织
合金的结构和结晶
铁碳合金的结晶组织金相像片
合金的结构和结晶
§2 二元合金相(状态)图
• 一、相图的意义及相关概念 • 二、二元合金状态图的建立 • 三、平衡相组成的分析 • 四、二元状态图的基本类型分析
合金的结构和结晶
一相图的相关概念
• 在这些化合物中，Fe3C和β相均具有相当程度的金属键及 一定的金属性质，是一种金属物质，称为金属化合物，而 FeS、MnS具有离子键，没有金属性质，属于一般的化合 物，因而又称为非金属化合物。在合金中，金属化合物可 以成为合金材料的基本组成相，而非金属化合物是合金原 料或熔炼过程带来的，数量少且对合金性能影响很坏，因 而一般称为非金属夹杂。
同于任一组元的新相称之为金属化合物。
合金的结构和结晶
固溶体
固溶体中的晶格畸变示意图
• 间隙固溶a体)间隙固溶体 b)置换置固换溶体固溶体
合金的结构和结晶
置换固溶体
• 溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成 的固溶体称置换固溶体。
• 溶质原子在溶剂晶格结点上呈无序分布的置换固溶 体称为无序固溶体；溶质原子在溶剂晶格结点上按 一定秩序排列的置换固溶体称有序固溶体。显然， 只有当溶质原子和溶剂原子成一定比例时，才有可 能形成有序固溶体。
合金的结构和结晶
化合物
• 若新相的晶格结构不同于任一组成元素，则新相是组成元 素间相互作用而生成的一种新物质，属于化合物，如碳钢 中的Fe3C，黄铜中的β相（CuZn）以及各种钢中都有的 FeS、MnS等等，都是化合物。
• 金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶格类型完 全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗碳体（Fe3C） 是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的 晶格形式。
• (３)间隙化合物（尺寸因素化合物）
• 间格隙结相构： 。例d非：／Ｗd Ｃ金＜、０Ｔ.IＣ５９
具有比较简单的晶
• 间例隙：化Ｆ合e３物Ｃ：dＣ非／r２d３金Ｃ＞6０ .５９ 具有的复杂结构。
合金的结构和结晶
金属化合物
金属化合物的性能不同于任一组元，其溶 点一般较高、硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分 布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度
合金的结构和结晶
固溶体的性能
• 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于 溶质原子的存在都会使晶格发生畸变，使 其性能不同于原纯金属。
• 当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能 与溶剂金属基本相同。随溶质含量的升高， 固溶体的性能将发生明显改变，其一般情 况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧 性有所下降，电阻率升高，导电性逐渐下 降等。
• 此外，按照溶解度的大小，置换固溶体，又可分为 无限置换固溶体和有限置换固溶体。
合金的结构和结晶
间隙固溶体
• 溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体， 即间隙固溶体，间隙固溶体仍保持着溶剂金属的晶 格类型。
• 已有研究表明，当溶质元素的原子直径与溶剂元素 的原子直径之比小于0.59时，易于形成间隙固溶体， 而在直径大小差不多的元素之间易于形成置换固溶 体。且溶质原子在间隙固溶体中只能呈统计分布， 形成无序固溶体，而且当溶剂晶格间隙被溶质原子 填充到一定程度后就不能再继续溶解，多余的溶质 原子将以新相出现，因此，间隙固溶体的溶解总是 有限的，间隙固溶体总是有限固溶体。
合金的结构和结晶
化合物的原子价规律， 成分固定，可用化学式表示。
• （２）电子化合物：是由第一族元素，过渡族元素与 第二至第五族元素结合而成。
服从电子浓度规律，即当合金的电子浓度达到某一 数值，变形成具有某种晶格结构的化合物相。例：
Ｃu －Ｚn β-γ-ε
和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。
金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是 许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成 相。
绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金 属化合物组成的混合物，其性质取决于固溶体 与金属化合物的数量、大小、形态和分布状况。
合金的结构和结晶
组织
• 组织(是一种显微尺度)在金属和合金中，用 肉眼、低倍放大镜或普通金相显微镜，可 观察到的金属或合金内部晶体(微观)形貌。 它是由单相物质或多相物质组合成的，具 有一定形态特征的聚合体.
• §1 合金中的相结构 • §2 二元合金状态图 • §3相图与合金性能的关系
合金的结构和结晶
§1 合金中的相结构
一、合金的基本概念
• 合金 ➢通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一 种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特 性的新物质，称为合金。
• 组元 ➢组成合金的最基本的、独立的物质称为组元
• 1． 组元：
通常把组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质 称为组元。但在所研究的范围内既不分解也不发生任何化 学反应的稳定化合物也可称为组元，如Fe3C看作一组元。 • 2． 合金系 由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成 分的合金，称为合金系。 • 3．相图 用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相 图，又称状态图或平衡图。 相图上所表示的组织都是十分缓慢冷却的条件下获得的，
合金的结构和结晶
固溶体的性能
不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代 替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变， 使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、 硬度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，
使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为固 溶强化。
固溶强化是提高金属材料力学性能的重要途径之
一。实践表明，适当控制固溶体中的溶质含量， 可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时， 仍能保持良好的塑性和韧性。因此，对综合力 学性能要求较高的结构材料，都是以固溶体为 基体的合金。