合金的相结构

教学课题合金的相结构

教学课时 2

教学目的让学生了解合金相的概念

掌握合金相的分类

教学难点合金相的分类

教学重点合金相的分类

教学方法讲解法

教具准备教材

教学过程

§2.1 固溶体

固溶体：以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子（溶质）后所形成的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点上或间隙中含有其他组元原子。

主要讨论溶剂为纯金属的固溶体。

一、固溶体的分类

根据溶质原子在溶剂晶格中所占据

的位置：置换固溶体和间隙固溶体；

根据溶质原子在溶剂中的固溶能力

：有限固溶体和无限固溶体。固溶度（溶解度）：在一定温度和压力下，溶质在固溶体中的浓度有一定限度，该浓度极限称为固溶度。

根据溶质原子在固溶体中的分布是否有规律：无序固溶体和有序固溶体。

二、置换固溶体

影响置换固溶体固溶度的主要因素

1．晶体结构因素

晶体结构相同是组元间形成无限固

溶体的必要条件。

2．原子尺寸因素

指溶剂、溶质原子半径之差与溶剂

原子半径之比，即△r = ∣r A-r B∣/ r A , A-溶剂，B-溶质，△r越小，即组元间原子半径越接近，固溶度越大。△r<0.14-0.15时，固溶度较大，或形成无限固溶体。3．电负性因素

电负性：原子接受电子形成负离子

的能力，即元素得失电子的能力。易得电子，电负性大。在周期表中，同一周期元素的电负性从左到右递增；同一族元素的电负性从下到上递增。两元素电负性越相近，固溶度越大。两元素电负性相差大，化学亲和力越强，易形成化合物。4．电子浓度因素

电子浓度：各组元价电子总数e与原子总数a之比，

即C电子= e/a=[V A(100-X)+V B X]/100

V A-溶剂原子价; 100-X-溶剂原子百分数;

V A(100-X)-溶剂价电子数;

V B-溶质原子价; X-溶质原子百分数; V B X-溶质价电子数.

电子浓度对固溶度的影响: 溶剂为一价FCC金属,不同溶质元素的最大固溶度所对应的极限电子浓度均为1.36左右; 溶剂为一价BCC金属,其极限电子浓度约为1.48. 所以,溶质的原子价越高,其固溶度越低. 举例

总之，组元元素的晶格类型相同，原子半径相差不大，在周期表中的位置邻近时，固溶度较大，甚至形成无限固溶体。

三、间隙固溶体

1．溶质、溶剂元素

金属元素，如H、O、N、C、B等。

溶剂元素：多为过渡族金属元素，如W、Mo、Cr、Fe、Ti、Zr、V等。2．均为有限固溶体

四、固溶体的结构和性能特点

1．固溶体的微观不均匀性

在热力学平衡状态下，固溶体在宏观上溶质是均匀分布的，但微观上是不均匀的，存在无序分布、偏聚分布、短程有序分布和长程有序分布等。

2．固溶体的点阵畸变

置换固溶体：溶质半径大时，膨胀，点阵常数增大，为正畸变；溶质半径小，收缩，点阵常数减小，为负畸变。

间隙固溶体：溶质半径大于间隙半径，点阵常数随溶质原子的溶入而增大。

3．固溶体的性能特点

1）固溶强化

固溶强化：固溶体的强度总是高于纯组元的现象，即随着溶质原子的溶入及浓度的增加，固溶体的强度和硬度增加。

原因：溶质原子与位错间弹性交互作用，使位错的运动阻力增加，塑性变形更加困难。

固溶强化是一种重要的强化手段。

2）固溶体较之纯金属和化合物具有良好的综合机械性能

3）物理、化学性能

电阻升高，耐蚀性降低

4. 中间相

合金组元间相互作用，除形成固溶体外，当超过固溶体的固溶极限时，可形成晶格结构和特性完全不同于任一组元的新相，即金属化合物。由于金属化合物在二元相图中总是位于两组元或端际固溶体区的中间部位，又称中间相。

中间相的主要特点：

1）新的晶型：不同于各组元的晶型，各组元原子占一定位置，有序排列。

2）有一定或大致一定的原子比值，可用化学式表示其组成；成分可在一定范围变化。

3）以金属键为主，并有离子键、共价键和分子键，化学式通常不符合原子价规律，如Fe3C.

4）性能不同于各组元，一般硬而脆，耐磨性好。

补充设计

一正常价化合物

指符合一般化合物原子价规律的金属化合物。通常由周期表中相距较远，电负性相差较大的金属元素+非金属或类金属组成，如Mg2Sn、ZnS、SiC等。

三种类型：AB、A2B（或AB2）和A3B2。

固溶体

中间相

固溶体的微观不均匀性结构fcc、bcc及hcp为基的超结构数