合金相结构 PPT资料共30页
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合金相结构PPT课件
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二、固溶体
➢ 纯铜的σb 为220MPa, 硬度为40HBS, 断面收 缩率ψ为70%。当加入1%镍形成单相固溶体
后, 强度升高到390MPa, 硬度升高到70HB, 而 断面收缩率仍有50%。所以固溶体的综合机械 性能很好, 常常作为结构合金的基体相。 ➢ 固溶体与纯金属相比, 物理性能有较大的变化, 如电阻率上升, 导电率下降, 磁矫顽力增大。
合金的相结构
1
一、基本概念
1 合金 （1）合金：两种或两种以上的金属，或金属与
非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。 （2）组元：组成合金最基本的物质。（如一元、
二元、三元合金〕，可以是元素，也可以是化合 物。
（3）合金系：给定合金以不同的比例而合成的 一系列不同成分合金的总称。如Fe-C，Fe-Cr等。
2
一、基本概念
2相 （1）相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。 （2）组织：由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合体。 如单相、两相、多相合金。金属及合金的组织一般应
用显微镜才能看到，所以常称显微组织。
3
一、基本概念
（2）相的分类 合金中的相按结构可分为固溶体和金属化合物。 固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。 金属化合物（中间相）：组成原子有固定比例， 其结构与组成组元均不相同的相。
5
二、固溶体
2、分类 ➢ 按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体可
分为置换固溶体与间隙固溶体两种。 ➢ 按溶质原子在溶剂中的溶解度，固溶体可分为
有限固溶体和无限固溶体两种。 ➢ 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律，固溶
体分无序固溶体和有序固溶体两种。 在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金的 无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变叫 做有序化。
二、固溶体
➢ 纯铜的σb 为220MPa, 硬度为40HBS, 断面收 缩率ψ为70%。当加入1%镍形成单相固溶体
后, 强度升高到390MPa, 硬度升高到70HB, 而 断面收缩率仍有50%。所以固溶体的综合机械 性能很好, 常常作为结构合金的基体相。 ➢ 固溶体与纯金属相比, 物理性能有较大的变化, 如电阻率上升, 导电率下降, 磁矫顽力增大。
合金的相结构
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一、基本概念
1 合金 （1）合金：两种或两种以上的金属，或金属与
非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。 （2）组元：组成合金最基本的物质。（如一元、
二元、三元合金〕，可以是元素，也可以是化合 物。
（3）合金系：给定合金以不同的比例而合成的 一系列不同成分合金的总称。如Fe-C，Fe-Cr等。
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一、基本概念
2相 （1）相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。 （2）组织：由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合体。 如单相、两相、多相合金。金属及合金的组织一般应
用显微镜才能看到，所以常称显微组织。
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一、基本概念
（2）相的分类 合金中的相按结构可分为固溶体和金属化合物。 固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。 金属化合物（中间相）：组成原子有固定比例， 其结构与组成组元均不相同的相。
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二、固溶体
2、分类 ➢ 按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体可
分为置换固溶体与间隙固溶体两种。 ➢ 按溶质原子在溶剂中的溶解度，固溶体可分为
有限固溶体和无限固溶体两种。 ➢ 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律，固溶
体分无序固溶体和有序固溶体两种。 在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金的 无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变叫 做有序化。
合金相图.ppt
1、铜镍合金相图相区分析 液相线tAa2aa1tB：开始结晶的温度线。 固相线tAb2cb1tB ：结晶终止线。 由线包围的区域称为相区
单相区：液相线以上为液体L 固相线以下为固溶体α
双相区：固液相线之间L、α两相 同时共存，以L+α表示
二、匀晶相图 2 、合金的结晶过程 匀晶转变的结晶过程：L→L+α →α
性能: 一般较硬、脆
三、机械混合物
液态金属在平衡凝固时形成的两种固溶体或 固溶体加金属化合物的混合物(机械混合物)
单一固溶体：强度、硬度较低 单一化合物：硬而脆 机械混合物——不是一种单一相
3.2 二元合金相图
概念： 合金相图是用图解的方法表示不同 温度及成分下合金系中各相的平衡 关系，又称平衡图或状态图。
❖ 共晶转变：一个液相在冷却过程中 同时结晶出两个结构不同的固相的转变。 即：L+
❖共晶体：共晶转变所得的两相机械混合物。
❖共晶相图：具有共晶转变的相图。 如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu和Mg-Al等。
1、Pb－Sn合金相图分析
• ⑴ 相：L、、
——Sn在 Pb中的固溶体， ——Pb 在Sn中的固溶体。
AS 727℃
( AE + Fe3C ) Ld ( FP + Fe3C ) P
A T°
G
Fe - FEeCF3线C:共相晶转图变
匀晶相图
L L→L共d(晶A+相F图e3C)
D
G时S不线同（成AL3分+）的A：A开冷始却
A
析出铁素体F的温度线
铁碳合金：铁和碳两种元素组成的合金。 铁碳相图：研究钢铁成分、组织和性能
之间关系的理论基础，制定 热加工工艺的依据。
单相区：液相线以上为液体L 固相线以下为固溶体α
双相区：固液相线之间L、α两相 同时共存，以L+α表示
二、匀晶相图 2 、合金的结晶过程 匀晶转变的结晶过程：L→L+α →α
性能: 一般较硬、脆
三、机械混合物
液态金属在平衡凝固时形成的两种固溶体或 固溶体加金属化合物的混合物(机械混合物)
单一固溶体：强度、硬度较低 单一化合物：硬而脆 机械混合物——不是一种单一相
3.2 二元合金相图
概念： 合金相图是用图解的方法表示不同 温度及成分下合金系中各相的平衡 关系，又称平衡图或状态图。
❖ 共晶转变：一个液相在冷却过程中 同时结晶出两个结构不同的固相的转变。 即：L+
❖共晶体：共晶转变所得的两相机械混合物。
❖共晶相图：具有共晶转变的相图。 如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu和Mg-Al等。
1、Pb－Sn合金相图分析
• ⑴ 相：L、、
——Sn在 Pb中的固溶体， ——Pb 在Sn中的固溶体。
AS 727℃
( AE + Fe3C ) Ld ( FP + Fe3C ) P
A T°
G
Fe - FEeCF3线C:共相晶转图变
匀晶相图
L L→L共d(晶A+相F图e3C)
D
G时S不线同（成AL3分+）的A：A开冷始却
A
析出铁素体F的温度线
铁碳合金：铁和碳两种元素组成的合金。 铁碳相图：研究钢铁成分、组织和性能
之间关系的理论基础，制定 热加工工艺的依据。
合金的结构和相图优秀课件
2、金属化合物（看书）
金属化合物是合金组元之间相互发生作用而形成
具有金属特性的一种新相。金属化合物的晶格类型 不同于组成它的任一组元，具有复杂的晶格类型。 根据形成条件及晶体结构可以分成三种： 1）正常价化合物：化学式符合化合价，象Mg2Si 2）电子化合物： 不符合化合价规律而是按照一定
的电子浓度组成。象β电子化合 物CuZn的含锌量为36.8～56.5％。
三、二元合金相图
• 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织 随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工 及热处理工艺的重要依据。
•
利用相图可以表示不同成分的合金、在不同
温度下，由哪些相组成、以及合金在加热或冷却
过程中可能发生的转变等。
•
目前使用的相图几乎都是通过实验测定的。
实验的方法很多，有热分析法、膨胀法、X射线
溶质原子溶于固溶体中的量，称为固溶体的浓度 在一定条件下溶质元素在固溶体中的极限浓度叫做溶 质在固溶体中的溶解度
根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置不同， 可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。
1）置换固溶体 溶质原子部分地占据溶剂晶格节点 的位置而形成的固溶体。
置换固溶体的形成和溶解度与二组元的负电性，
3、机械混合物
由两种或两种以上的组元、固溶体或金 属化合物按一定重量比例组成的均匀物质称为 机械混合物。 （珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，莱
氏体是奥氏体和渗碳体的混合物）
混合物中各组成部分仍按自己原来的晶格 形式结合成晶体，如铁素体和渗碳体形成珠光 体。混合物的性能取决于组成混合物的各部分 的性能，及其数量、大小、分布和形态。
例. 碳钢中的铁素体和奥氏体就是碳原子 溶入了α – Fe（溶解度为0.0218％)和γ – Fe（溶解度为2.11%)中形成两种间隙固溶 体。
合金的结构和相图
3.共析相图： 一定成分的固相，在一定温度下，同时 析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相，这个 转变过程称为共析反应。
1.匀晶相图
（1）匀晶相图分析
匀晶相图分析
图中只有两条曲线，其中Al1B称为液相线，是各 种成分的合金在冷却时开始结晶或加热时熔化终 止的温度；Aα4B称为固相线，是各种成分的合金 在加热时开始熔化或冷却时结晶终止的温度。显 然，在液相线以上为液相单相区，以L表示；在固 相线以下为固相单相区，各种成分的合金均呈α固 溶体，以α表示；在液相线与固相线之间是液相与 α固溶体两相共存区，以α+L表示。A点是Cu的熔 点，B点是Ni的熔点。
共析相图
第三节 合金性能与相图的关系
合金的使用性能决定于合金的成分和组织， 而合金的结晶特点又影响了其工艺性能。由 于相图是表示合金的结晶特点及成分、温度 及组织之间的关系的，因此，相图和合金性 能之间存在着一定的联系。掌握这些规律， 对选用和配制合金是必要的。
一、合金力学性能与相图的关系
二、合金铸造性能与相图的关系
成分
SB
100%B
温 度
L + SA
共晶相图
L
L
+
Y℃ SB
SA+SB
SA+(SA+SB)
SB +(SA+SB)
100%A
X% 成分
100%B
共晶相图
温
LX Y℃ SA+SB
度
SA L
L
L
L
SA +
L
+
SA
SA
L
Y℃ SB
SA+(SA+SB)
SB +(SA+SB)
1.匀晶相图
（1）匀晶相图分析
匀晶相图分析
图中只有两条曲线，其中Al1B称为液相线，是各 种成分的合金在冷却时开始结晶或加热时熔化终 止的温度；Aα4B称为固相线，是各种成分的合金 在加热时开始熔化或冷却时结晶终止的温度。显 然，在液相线以上为液相单相区，以L表示；在固 相线以下为固相单相区，各种成分的合金均呈α固 溶体，以α表示；在液相线与固相线之间是液相与 α固溶体两相共存区，以α+L表示。A点是Cu的熔 点，B点是Ni的熔点。
共析相图
第三节 合金性能与相图的关系
合金的使用性能决定于合金的成分和组织， 而合金的结晶特点又影响了其工艺性能。由 于相图是表示合金的结晶特点及成分、温度 及组织之间的关系的，因此，相图和合金性 能之间存在着一定的联系。掌握这些规律， 对选用和配制合金是必要的。
一、合金力学性能与相图的关系
二、合金铸造性能与相图的关系
成分
SB
100%B
温 度
L + SA
共晶相图
L
L
+
Y℃ SB
SA+SB
SA+(SA+SB)
SB +(SA+SB)
100%A
X% 成分
100%B
共晶相图
温
LX Y℃ SA+SB
度
SA L
L
L
L
SA +
L
+
SA
SA
L
Y℃ SB
SA+(SA+SB)
SB +(SA+SB)
第二章 合金相结构和二元合金相图(新PPT).
第二章 合金的相结构与二元合金相图
2.2 二元合金相图
三．匀晶相图
3．杠杆定律极其应用
当合金在某一温度处于相图中的两相区时，从相图中不仅可知两 平衡相的成分，还可应用“杠杆定律”求出两个平衡相的重量比。现 以图6铜镍合金中含x%Ni的合金为例，来说明杠杆定律极其应用。
第二章 合金的相结构与二元合金相图
固溶体性能的变化：
① 置换固溶体 → 晶格畸变； ② 间隙固溶体 → 晶格畸变
③ 晶格畸变 → 强度、硬度上升，塑性、韧性下降→ 固溶强化。
第二章
合金的相结构与二元合金相图
2.1 合金的相结构
固溶体性能的变化
图2
固溶体中大、小溶质原子所引起晶格畸变示意图
第二章
合金的相结构与二元合金相图
2.1 合金的相结构
（3）间隙化合物
r非金属 r金属
0.59
简单间隙化合物
r非金属 r金属
0.59
复杂间隙化合物
第二章 合金的相结构与二元合金相图
2.2 二元合金相图
一．概述 二．二元合金相图的制作 三．匀晶相图 四．共晶相图 五．包晶相图 六．其它二元相图
第二章 合金的相结构与二元合金相图
2.2 二元合金相图
平衡结晶是合金在极缓慢的冷却过程中，原子能够充分扩散，随 时达到相平衡的结晶过程。 当合金从高温缓慢地冷却到与液相线相交的t1温度并稍过冷时， 开始从液相L1中结晶出成分为的α1 固溶体。固相成分沿着固相 线变化，液相成分沿着液相线变化。当然随着结晶的进行，液相 量逐渐减少，固相量逐渐增加。在t2到t3温度间，结晶继续进行， 液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化，并在温度 t3 时结晶完毕，得到成分为 3（含60%Ni）的单相固溶体，由一颗 颗的晶粒组成。
合金的相结构.
溶体 合金的组元之间以不同的比例相互混合，混合后形成的固 相晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种固相就叫固 溶体。这一组元称为溶剂，而其他组元称为溶质。固溶体 有置换固溶体和间隙固溶体。
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2.金属化合物
合金中的另一类相是金属化合物，它是合金组元 间发生相互作用而形成的一种新相，又叫中间相。 其晶格类型和性能均不同于任何一组元，一般可 以用分子式大致表示其组成。因其具有一定的金 属性质，所以称为金属化合物。
合金的相结构
1
合金的相结构 合金——两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、 烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 组成合金最基本的、独立的物质称为组元，简称元。 相——合金中结构相同、成分和性能均一，并以相界面 相互分开的组成部分。
不同的相具有不同的晶体结构，合金按相的晶 体特点可分为固溶体和金属化合物两大类。
3.机械混合物 机械混合物——两相或多相按固定比例构成的组织。
4
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2.金属化合物
合金中的另一类相是金属化合物，它是合金组元 间发生相互作用而形成的一种新相，又叫中间相。 其晶格类型和性能均不同于任何一组元，一般可 以用分子式大致表示其组成。因其具有一定的金 属性质，所以称为金属化合物。
合金的相结构
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合金的相结构 合金——两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、 烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 组成合金最基本的、独立的物质称为组元，简称元。 相——合金中结构相同、成分和性能均一，并以相界面 相互分开的组成部分。
不同的相具有不同的晶体结构，合金按相的晶 体特点可分为固溶体和金属化合物两大类。
3.机械混合物 机械混合物——两相或多相按固定比例构成的组织。
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合金的相结构与二元相图【优质PPT】
材料科学基础
材料科学基础课程教学团队
第4章 二元相图
❖ 4.1 合金相结构 ❖ 4.2 相图的图的分析和使用
2
4.1 合金相结构
4.1.1 合金相结构基本概念 一、组元：组成材料最基本的、独立的物质称为组元，或简
称元。组元可以是纯元素，如金属元素Cu、Ni、Al、Ti、 Fe等以及非金属元素C、N、B、O等；也可以是化合物，如 Al2O3、SiO2、ZrO2、TiC、BN、TiO2等。 二、合金：多组元组成的金属材料称为合金。所谓合金，是 指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结 或用其它方法制成的具有金属特性的物质。由两个组元组 成的合金称为二元合金；由三个组元组成的合金称为三元 合金，依此类推。 三、相和相结构：在金属或合金中，凡成份相同、结构相同 并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称为相。分 单相合金和多相合金。根据相的结构特点可归纳为两大类 ：固溶体与中间相。 四、相图：描写在平衡条件下系统状态或相的转变与成份、 温度及压力间关系的图解，便是相图或状态图。
4.1.2 固态合金中的相结构
一、固溶体：以合金中某一元素作为溶剂，其 他组元作为溶质，所形成的与溶剂有相同晶 体结构的固相称为固溶体。
1、置换固溶体 当溶质原子由于代替了一部 分溶剂原子而占据着溶剂晶格中的某些结点 位置时，所形成的固溶体称为置换固溶体。
2、间隙固溶体 当溶质原子在溶剂晶格中并 不占据晶格结点位置，而是嵌入各结点之间 的空隙中时，所形成的固溶体便称为间隙固 溶体。
3.尺寸因素化合物 （间隙化合物和拉弗斯相） （1）间隙化合物：在这类化合物的新晶格（不同于组
成元素）中，尺寸较大的过渡族元素占据晶格的正常位置 ，尺寸较小的非金属原子则有规则的嵌入晶格的空隙之中 ，因而称为间隙化合物。
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第4章 二元相图
❖ 4.1 合金相结构 ❖ 4.2 相图的图的分析和使用
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4.1 合金相结构
4.1.1 合金相结构基本概念 一、组元：组成材料最基本的、独立的物质称为组元，或简
称元。组元可以是纯元素，如金属元素Cu、Ni、Al、Ti、 Fe等以及非金属元素C、N、B、O等；也可以是化合物，如 Al2O3、SiO2、ZrO2、TiC、BN、TiO2等。 二、合金：多组元组成的金属材料称为合金。所谓合金，是 指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结 或用其它方法制成的具有金属特性的物质。由两个组元组 成的合金称为二元合金；由三个组元组成的合金称为三元 合金，依此类推。 三、相和相结构：在金属或合金中，凡成份相同、结构相同 并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称为相。分 单相合金和多相合金。根据相的结构特点可归纳为两大类 ：固溶体与中间相。 四、相图：描写在平衡条件下系统状态或相的转变与成份、 温度及压力间关系的图解，便是相图或状态图。
4.1.2 固态合金中的相结构
一、固溶体：以合金中某一元素作为溶剂，其 他组元作为溶质，所形成的与溶剂有相同晶 体结构的固相称为固溶体。
1、置换固溶体 当溶质原子由于代替了一部 分溶剂原子而占据着溶剂晶格中的某些结点 位置时，所形成的固溶体称为置换固溶体。
2、间隙固溶体 当溶质原子在溶剂晶格中并 不占据晶格结点位置，而是嵌入各结点之间 的空隙中时，所形成的固溶体便称为间隙固 溶体。
3.尺寸因素化合物 （间隙化合物和拉弗斯相） （1）间隙化合物：在这类化合物的新晶格（不同于组
成元素）中，尺寸较大的过渡族元素占据晶格的正常位置 ，尺寸较小的非金属原子则有规则的嵌入晶格的空隙之中 ，因而称为间隙化合物。
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② 电阻降低 ③ 影响铁磁性 ④ 影响弹性性质
22.09.2019
刘志勇 14949732qq
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吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
有序化对性能的影响
• 有序化转变使合金硬度和强度提高，塑性降低
最大的硬化和强化在一定尺寸的反相畴尺寸下出现，这时 所引起点阵畸变最大。与过饱和固溶体脱溶强化过程类似 当达到完全有序化时，硬度和强度又降低 Cu3Au合金的实验结果表明，当有序畴为5nm时，其屈服 强度达到最大值 通过有序化转变来提高材料强度的方法称为有序强化
固溶体的结构特点
• 固溶体仍然保持溶剂的晶体结构 晶格畸变和点阵常数变化 溶质原子分布的微观不均匀性和长程有序
22.09.2019
刘志勇 14949732qq
2
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晶格畸变和点阵常数变化
• 溶质原子与溶剂原子存在尺寸差别，使溶剂原子 排列的规则性受到干扰，产生点阵畸变
22.09.2019
刘志勇 14949732qq
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改变物理、化学性质3
• 有些固溶元素还能改变合金的抗腐蚀性能
例如Cr固溶于α-Fe中，当Cr原子的摩尔分数达到12.5%时， 铁的电极电位明显升高，提高合金抵抗空气、水蒸气、稀 硝酸腐蚀的能力
物理、化学性质变化1
• 有序转变使合金的电阻降低
Cu-Au合金的电阻率与浓度的关系 ○—650℃淬火，无序态； ×-200℃退火，有序态
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刘志勇 14949732qq
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改变物理、化学性质2
如Si溶入α-Fe中可以增加电阻，还可以提高磁 导率，因此含有2%~4%Si的硅钢片是一种 应用广泛的软磁材料
在体心立方中形成长程有序固溶体（超结构）
2、Fe3Al型
22.09.2019
刘志勇 14949732qq
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在密排六方固溶体中形成长程有序固溶体（超结构）
22.09.2019
刘志勇 14949732qq
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吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
22.09.2019
刘志勇 14949732qq
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固溶强化
22.09.2019
Ag-Au固溶体单晶体的临界切应力与浓度的关系
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长程有序固溶体（超结构）－－反相畴与反相畴界
无序到有序的转变过程是通过形核和长大完成的 每个独自长大的微小区域内部原子排列都是有序的，相互接触的地方不是有序的 规则排列，同类原子相遇构成了一个明显的分界面，这种区域称为反相畴或有序 畴，畴与畴的界面称为反相畴界
两个有序畴同时生长相遇形成反相畴界
22.09.2019
• 溶质原子的半径小于溶剂原子的半径则引起点阵常数减少 • 可• 以用韦加（Vegard）定律来表示固溶体点阵常数a与成分x的关系
xa=a1+（a2-a1）x 式中，a1、a2分别表示溶剂原子和溶质原子的点阵常数，x表示溶质含量 • 固溶体的点阵常数不只是受尺寸因素的影响，实际金属固溶体的点阵
常数与用公式求出的数值有偏离
刘志勇 14949732qq
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C60取向畴
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5．有序化对性能的影响
① 通常提高硬度、强度、降低塑性——有序强化
影响有序化的因素
有序固溶体和无序固溶体之间可以相互转变
①异类原子的相互吸引力必须大于同类原子的吸引力，eAB<(eAA+eBB/2) ② 完具全有有相序当结于构一中定，化全学部式按的比成例分各；自如占AB据、点A阵3B中、规AB定3，的某A一、位B原置子才能在 ③ 温度低于某一温度下；这个临界转变温度称为有序化温度 ④ 冷却速度；缓慢冷却 ⑤ 塑性变形使合金有序度下降
刘志勇 14949732qq
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溶质原子分布的微观不均匀性和长程有序
• 溶质原子分布并不均匀， 可能出现偏聚、短程有序 的微观不均匀性和完全有 序（长程有序
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a、完全无序；b、偏聚；c、部分有序；d、完全有序
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• 所有材料都是不同结构的各种相组成。
1、固溶体 2、化合物 3、陶瓷晶体相 4、玻璃相 5、分子相
22.09.2019
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吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
– 1.Cu3Au型 – 2 .CuAuI型 – 3 .CuAuII型 – 4.CuPt型
• 2）在体心立方中形成超结构
– 1 .CuZn型 – 2 .Fe3Al型
• 3）在密排六方固溶体中形成超结构
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吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
•铜合金中加入Sn、Al、Ni，对铜合金的抗腐蚀性能有一 定帮助。一般说来，要求高的抗腐蚀性的合金，多是单 相固溶体合金
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END
原子无 序 ＝ 0， 分 eAB 布 eAA 2： eBB 原子 : 偏 0 ， eA聚 B eA 2 AeBB
短程有 0 ， eA 序 BeA： 2 AeBB
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B2
β’-CuZn，β-AlNiβ-NiZn，FeCo，FeV，
FeAl
DO3
Fe3Al，α’-Fe3Si
DO19
CdMg3,Ag3In,Ti3Al
B19
CdMg,β’’-AgCd
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S=1，PA=PB=1，完全有序 S=0，PA=XA，PB=XB，完全无序
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长程有序固溶体（超结构）
结构类型 以 fcc 为 基的有序 固溶体
典型合金 Cu3AuⅠ型 CuAuⅠ型 CuAuⅡ型 CuPt 型
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有序化对性能的影响 • 有序化对某些磁性合金有突出的影响
•铁N磁i3M性n在无序状态时是顺磁性的，在有序状态是
• 有序化对合金的弹性性质一有影响
• Cu3Au的实验结果表明，有序化使合金弹性模 量增加
长程有序固溶体（超结构）
• 有序固溶体在X射线衍射图上出现 额外的衍射线条，称为超结构线条
• 长程有序固溶体又称为超结构
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长程有序固溶体（超结构）
• 1） 在fcc固溶体中形成超结构
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在fcc固溶体中形成长程有序固溶体（超结构）
3、CuAuII型
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在fcc固溶体中形成长程有序固溶体（超结构）
4、CuPt型
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在体心立方中形成长程有序固溶体（超结构）
1.CuZn型
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•点阵畸变导致固溶体的能量增加，引起结构 状态的不稳定性，导致点阵常数的改变
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置换式固溶体点阵常数变化
• 置换式固溶体的点阵常数随溶质原子的成份而连续变化
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有序化对性能的影响
• 有序化转变使合金硬度和强度提高，塑性降低
最大的硬化和强化在一定尺寸的反相畴尺寸下出现，这时 所引起点阵畸变最大。与过饱和固溶体脱溶强化过程类似 当达到完全有序化时，硬度和强度又降低 Cu3Au合金的实验结果表明，当有序畴为5nm时，其屈服 强度达到最大值 通过有序化转变来提高材料强度的方法称为有序强化
固溶体的结构特点
• 固溶体仍然保持溶剂的晶体结构 晶格畸变和点阵常数变化 溶质原子分布的微观不均匀性和长程有序
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晶格畸变和点阵常数变化
• 溶质原子与溶剂原子存在尺寸差别，使溶剂原子 排列的规则性受到干扰，产生点阵畸变
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改变物理、化学性质3
• 有些固溶元素还能改变合金的抗腐蚀性能
例如Cr固溶于α-Fe中，当Cr原子的摩尔分数达到12.5%时， 铁的电极电位明显升高，提高合金抵抗空气、水蒸气、稀 硝酸腐蚀的能力
物理、化学性质变化1
• 有序转变使合金的电阻降低
Cu-Au合金的电阻率与浓度的关系 ○—650℃淬火，无序态； ×-200℃退火，有序态
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改变物理、化学性质2
如Si溶入α-Fe中可以增加电阻，还可以提高磁 导率，因此含有2%~4%Si的硅钢片是一种 应用广泛的软磁材料
在体心立方中形成长程有序固溶体（超结构）
2、Fe3Al型
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在密排六方固溶体中形成长程有序固溶体（超结构）
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固溶强化
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Ag-Au固溶体单晶体的临界切应力与浓度的关系
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长程有序固溶体（超结构）－－反相畴与反相畴界
无序到有序的转变过程是通过形核和长大完成的 每个独自长大的微小区域内部原子排列都是有序的，相互接触的地方不是有序的 规则排列，同类原子相遇构成了一个明显的分界面，这种区域称为反相畴或有序 畴，畴与畴的界面称为反相畴界
两个有序畴同时生长相遇形成反相畴界
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• 溶质原子的半径小于溶剂原子的半径则引起点阵常数减少 • 可• 以用韦加（Vegard）定律来表示固溶体点阵常数a与成分x的关系
xa=a1+（a2-a1）x 式中，a1、a2分别表示溶剂原子和溶质原子的点阵常数，x表示溶质含量 • 固溶体的点阵常数不只是受尺寸因素的影响，实际金属固溶体的点阵
常数与用公式求出的数值有偏离
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C60取向畴
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5．有序化对性能的影响
① 通常提高硬度、强度、降低塑性——有序强化
影响有序化的因素
有序固溶体和无序固溶体之间可以相互转变
①异类原子的相互吸引力必须大于同类原子的吸引力，eAB<(eAA+eBB/2) ② 完具全有有相序当结于构一中定，化全学部式按的比成例分各；自如占AB据、点A阵3B中、规AB定3，的某A一、位B原置子才能在 ③ 温度低于某一温度下；这个临界转变温度称为有序化温度 ④ 冷却速度；缓慢冷却 ⑤ 塑性变形使合金有序度下降
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溶质原子分布的微观不均匀性和长程有序
• 溶质原子分布并不均匀， 可能出现偏聚、短程有序 的微观不均匀性和完全有 序（长程有序
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a、完全无序；b、偏聚；c、部分有序；d、完全有序
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• 所有材料都是不同结构的各种相组成。
1、固溶体 2、化合物 3、陶瓷晶体相 4、玻璃相 5、分子相
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– 1.Cu3Au型 – 2 .CuAuI型 – 3 .CuAuII型 – 4.CuPt型
• 2）在体心立方中形成超结构
– 1 .CuZn型 – 2 .Fe3Al型
• 3）在密排六方固溶体中形成超结构
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•铜合金中加入Sn、Al、Ni，对铜合金的抗腐蚀性能有一 定帮助。一般说来，要求高的抗腐蚀性的合金，多是单 相固溶体合金
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END
原子无 序 ＝ 0， 分 eAB 布 eAA 2： eBB 原子 : 偏 0 ， eA聚 B eA 2 AeBB
短程有 0 ， eA 序 BeA： 2 AeBB
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B2
β’-CuZn，β-AlNiβ-NiZn，FeCo，FeV，
FeAl
DO3
Fe3Al，α’-Fe3Si
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S=1，PA=PB=1，完全有序 S=0，PA=XA，PB=XB，完全无序
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长程有序固溶体（超结构）
结构类型 以 fcc 为 基的有序 固溶体
典型合金 Cu3AuⅠ型 CuAuⅠ型 CuAuⅡ型 CuPt 型
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有序化对性能的影响 • 有序化对某些磁性合金有突出的影响
•铁N磁i3M性n在无序状态时是顺磁性的，在有序状态是
• 有序化对合金的弹性性质一有影响
• Cu3Au的实验结果表明，有序化使合金弹性模 量增加
长程有序固溶体（超结构）
• 有序固溶体在X射线衍射图上出现 额外的衍射线条，称为超结构线条
• 长程有序固溶体又称为超结构
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长程有序固溶体（超结构）
• 1） 在fcc固溶体中形成超结构
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在fcc固溶体中形成长程有序固溶体（超结构）
3、CuAuII型
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在fcc固溶体中形成长程有序固溶体（超结构）
4、CuPt型
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在体心立方中形成长程有序固溶体（超结构）
1.CuZn型
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•点阵畸变导致固溶体的能量增加，引起结构 状态的不稳定性，导致点阵常数的改变
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置换式固溶体点阵常数变化
• 置换式固溶体的点阵常数随溶质原子的成份而连续变化