工程材料及应用4

固溶体中的晶格畸变
固溶体的示意图
（一）、置换固溶体 Substitutional Solid Solution
置换固溶体---指溶质原子位于溶剂晶格的某些 结点位置而形成的固溶体. Ⅰ、溶质原子在置换固溶体中的作用： 1)、晶格畸变 2、随溶质原子浓度增加，晶格畸变增大，强度 和硬度升高.
图4-1 置換固溶体的晶格结构示意圖
正常价化合物的特点： 1、严格遵守化合价规律 2、化学成分固定，可用分子式表示 3、组元的原子呈有序分布 4、组元间电化学性能相差愈大，键结合力愈 强，形成的化合物愈稳定 5、硬度高，脆性大，一般应用在陶瓷中
（二）、电子化合物
Electron Compound
电子化合物---是第一族或过渡族元素与第Ⅱ 至第Ⅴ族元素形成的化合物,它们不遵循原子 价规律,但是有一定的电子浓度.
电子浓度---化合物的价电子数与原子数之比
电子浓度＝ 外原层子电数子＝数 电子化合物特点：
e a
1、不遵守化合价规律，而服从电子浓度规律
表4-1 合金中常见的电子化合物及其结构类型
合金 Cu-Zn
3 相
2
CuZn
b.c.c
21wenku.baidu.com相
13
Cu5Zn8
7 相
4
CuZn3
复杂立方 c.p.h
50%Zn 13.8%Zn 80%Zn
组元间原子直径差别愈大,则晶格的畸变愈大, 晶格的畸变能愈高;
畸变能达到一定程度后,固溶体结构是稳定的, 再增加溶质原子,固溶体中将析出新相;
只有组元的原子直径差别不大时,才有可能形 成无限固溶体;
如果直径差别较大,则只能形成有限固溶体,直 径差别愈大,其溶解度也愈小.
3、电负性(化学亲和力)的差别 元素间电负性相近，有利于形成无限固溶体， 受其它因素影响，只能形成有限固溶体. 电负性相近,其溶解度也愈大.
4、电子浓度的影响
Influence of Electronic Concentration
电子浓度---价电子数目与原子数目之比.
溶质原子溶入,改变固溶体的电子浓度和电子 云的结构
固溶体浓度增加,电子浓度改变愈大,当达到极 限电子浓度时,固溶体不稳定,会析出新相
（二）、间隙固溶体 Interstitial Solid Solution 间隙固溶体---溶质原子分布于溶剂晶格间隙形成的固溶体
相 phase -- 在金属或合金中，凡化学成分、 晶体结构相同并与其它部分有界面分开的均 匀组成部分
合金系 alloy system --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，这一系列合金就构成一个合金系统
第一节、合金的相结构
The Phase Structure of Alloy
第四章、二元合金 The Binary Alloy
合金 alloy --由两种或两种以上的金属元素 或金属元素和非金属元素组成的具有金属性 质的物质.
二元合金--由两种组元组成的合金.
金属性质：
热胀冷缩，金属光泽，正的电阻温度系数等
组元 component--组成合金的最基本的、 独立的物质.
如Fe-C合金的Fe和C是组元
52个原子 组成
2、电子化合物可用化学式表示 但其成分通常不是一个固定值， 而是在一个范围内变化. 3、电子化合物主要以金属键结合 具有明显的金属特性，不适宜做基体相 电子化合物性能： 熔点和硬度很高，塑性差
（三）、间隙化合物
Interstitial Compound
间隙化合物---由过渡族金属元素与原子半径 较小的C.N.H.B等非金属元素形成的化合物.
工程材料及应用 Engineering Materials & Application
（4）
四川大学材料科学与工程学院 School 0f Material Science & Engineering
0f Sichuan University 曾光廷 教授
Professor Guang Ting Zeng
形成间隙固溶体的条件： d 溶质﹤0.59
d 溶剂
形成置换固溶体的条件： d 溶质≈0.85～1
d 溶剂
间隙固溶体在Fe-C合金中: 有α－Fe和γ－Fe
二、化合物 Compound
化合物---合金结晶时，各组元相互作用生成 一种晶体结构不同于任一组元晶格形式的合 金相.
正常价化合物---指符合一般化合物的原子价 规律的化合物,正常价化合物是由在周期表上 相距较远.电化学性相差较大的元素组成.
（一）、正常价化合物 Normal Valence Compound 这类化合物符合化合物的原子价规律 Mg2Si Si - - (- 4价) Mg - -(﹢2价) Mg2Sn Si - -(﹣4价) Mg - -(﹢2价) ZnS S - -(﹣2价) Zn - -(﹢2价) NaCl Cl - -(﹣1价) Na - -(﹢1价)
1、间隙相 Interstitial Phase
间隙相---当非金属原子半径与金属原子半径
的比值小于0.59时，将形成具有简单晶格的
间隙化合物
d 非金属
间隙相形成条件： ≤d金0属.59
无限置换固溶体---在任何温度下，组元之间 可以任意比例，互相溶解的固溶体. 如Cu-Ni . Fe-Cr等合金 Ⅱ、决定固溶体溶解度的因素： 1、晶格类型 晶格类型相同 溶质原子可能连续不断地置换溶剂原子 一直到溶剂原子完全被溶质原子所置换. 晶格类型不同：只能形成有限固溶体.
2、组元原子直径的相对大小
一、固溶体 Solid Solution
固溶体---合金在固态时，组元间会互相溶解， 形成一种组元在某一组元晶格中包含有其它 组元的新相，这种新相称为固溶体
溶剂 solvent --能保持晶格组元（一般把含 量较高的组元称为溶剂）
溶质 solute --失掉晶格的组元
固溶体的分类：置换固溶体;间隙固溶体
固溶强化---溶质原子使固溶体的强度和硬度 升高的现象.
固溶体的浓度---溶质原子溶入固溶体中的量
浓度用重量百分比或原子百分比表示.
溶解度 solubility --在一定的条件下，溶质 元素在固溶体中的极限浓度.
有限置换固溶体---溶质原子在固溶体中的浓 度有一定限度，超过这个限度，就会生成化 合物或另一种固溶体.