材科基考点精讲(第3讲 合金相)

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材料科学基础(第3章)

材料科学基础(第3章)

第一节 合金的相结构
• 一、合金中的相
• 1、合金中组成元素间的交互作用
• 相的定义:金属(包括合金)中内部成分、 结构与性质一致的物质称为相。
• 要了解合金元素的加入是如何提高金属的性 能,首先要知道合金中各组元之间的交互作 用情况,可能形成的合金相及其成分、结构 类型和性能特点;然后再来分析合金的组织 特征:各组成相的形态、大小、数量和分布 ,并进一步探讨组织和性能的关系。
• 许多合金具有CuZn型超结构,如AgZn、AgMg 2021/5/17
2021/5/17
• ②Fe3Al型 • 该类结构的晶胞可以视为由8个体心立方晶
胞组成,Fe原子占据了8个小立方体的所有 顶角以及4个不相邻的体心位置,而Al原子 则占据其余4个不相邻的体心处。 • 具有Fe3Al型结构的合金还有Fe3Si、Mg3Li 、Cu3Al等。
在平衡结晶条件下只有共晶成分才能获得100的共晶组织然而在非平衡结晶时成分点在共晶点附近的合金也能够获得全部共晶组织这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为对于某些成分远离共晶点的亚共晶与过共晶合金在初晶相数量较多而共晶体数量很少的情况下组成共晶的两相将发生离异分布的变化其中与先共晶相相同的那个相往往依附于初晶上生长从而使得另外一相沿着初晶的晶粒边界处分布失去了两相混合的共晶组织特征
• (1)溶质原子尺寸比较小;
• (2)点阵中存在较大的间隙。

材料科学基础――三元合金相图PPT课件

材料科学基础――三元合金相图PPT课件
fgeffgef正是解析几何中三点一线23ppt课件杠杆定律l000wwwllllxxwrbwxxabwxxarwxxab?????????????xlxxabrlab24ppt课件杠杆定律?由直线法则导出即三元合金系中两相平衡的杠杆定律应用条件?a某一温度下成分给定三元合金处于液固平衡其中成分可知可求另一成分?b已知成分的固相在某一温度下析出一新相时新相成分已知可确定母相成分wobwaoobaowwabab??????故25ppt课件2重心定律bcaabcabcefd适用于三相平衡的情况100???adrdwwwr??100???berewwwr??100???cfrfwwwr??r26ppt课件但是作图求三相平衡不够准确而产生误差用代数法求解可避免误差
15
2) 直角浓度三角形
当合金成分以某一组 元为主,其它两组元 含量很少时,合金成 分将靠近等边三角形 某一顶角,采用直角 坐标,则可使该部分 相图清楚地表示出来。
16
2 浓度三角形中具有 特定意义的直线
90
80
1) 平行于某一
70
条边的直线
60 B% 50
B
10
20
30
40
II
C% 50
40
60
B2
B1 L A + B
E
E1
TC
E C3 C2 C1
C

合金相的结构

合金相的结构

2.3.1. 固溶体(solid solution)
•固溶体是以某一组元为溶剂,在其晶体点
阵中溶入其他组元原子(溶质原子)所形成 的均匀混合的固态溶体,它保持着溶剂的晶 体结构类型。
•按溶质原子在溶剂点阵中所处的位置,可
将固溶体分为置换固溶体(substitutional solid solution ) 和 间 隙 固 溶 体 (interstitial solid solution )。
(1).置换固溶体
当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时,溶质 原子占据溶剂点阵的阵点,或者说溶质原子置 换了溶剂点阵的部分溶剂原子,这种固溶体就 称为置换固溶体。
金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体, 但溶解度视不同元素而异,有些能无限溶解, 有的只能有限溶解。
(a) 完全互溶的液态Cu-Ni合金单相液体;(b)完 全互溶的固态Cu-Ni合金单相固溶体;(c)WZn> 39%的Cu-Zn合金中由固溶体和化合物CuZn两相 组成。
(3).固溶体的微观不均匀性
完全无序的固溶体是不存在的。在热力学 上处于平衡状态的无序固溶体中,溶质原子 的分布在宏观上是均匀的,但在微观上并不 均匀。 在一定条件下,它们甚至会呈有规则分布, 形成有序固溶体。这时溶质原子存在于溶质 点阵中的固定位置上,而且每个晶胞中的溶 质和溶剂原子之比也是一定的。 有序固溶体的点阵结构有时也称超结构。

材料与金属工艺学第三章-合金的结构与二元状态图

材料与金属工艺学第三章-合金的结构与二元状态图

第三章合金的结构与二元状态图

【重点内容】1.合金中相的类型:固溶体、化合物;

2.二元合金相图的基本概念:相、组织、组元、相图、合金、合

金系等;

3.二元合金相图的分析方法,熟悉几种最基本的二元合金相

图;

4.杠杆定律及其应用;

5.固溶强化、弥散强化的定义。

【本章难点】固溶体和金属间化合物的概念、固溶体的分类、二元合金相图的分析方法及杠杆定律的应用。

【基本要求】1.掌握合金相结构的基本类型;

2.熟悉状态图的建立及用途;

3.掌握二元合金状态图的基本类型。

§1合金中的相结构

【合金的基本概念及实用意义】:

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。

众所周知,金属材料在现代工农业生产及人们的日常生活中占有极其重要的地位,虽然各种纯金属都具有优良的导电性、导热性、化学稳定性等特点。但是各种纯金属的强度、硬度、耐磨性等机械性能都比较差,满足不了人们对金属材料使用性能上的要求,因此自古至今人们都在生产和使用着合金材料。

合金不仅在强度、硬度、耐磨性等机械性能方面比纯金属高,而且在电、磁、化学稳定性等物理化学性能方面也能与纯金属相媲美或更好,所以对合金的研究与使用更有实际意义。

组成合金的最基本的、独立的物质称为组元,通常是指组成该合金的元素或某些化合物,根据合金组元数目的多少,把合金分为二元合金、三元合金和多元合金。如:铁碳合金就是由铁和碳二组元组成的二元合金。【合金中的相结构】

目前应用的合金中大多是采用熔炼法生产的,熔炼法即首先需要得到具有某种化学成分的均匀一致的合金溶液,将其降温冷却,使其结晶为固态合金。

《材料科学基础》考试重点及答案

《材料科学基础》考试重点及答案

《材料科学基础》考试重点及答案

1晶体点阵有实际原子、离子、分子或各种原子集团,按一定几何规律的具体排列方式称为晶体结构或为晶体点阵。

2晶格用以描述晶体中原子排列规律的空间格架。

3配位数原子周围最近邻等距离的原子数目;在离子晶体里,一个正离子周围的最近邻负离子数称为配位数。

4晶体缺陷晶体中原子偏离其平衡位置而出现的不完整性区域。

5位错晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。

6位错反应有两个位错合成为一个新位错或有一个位错分解为几个新位错的过程。

7小角晶界两个相邻晶粒位向差小于10度的晶界称为小角晶界。

8晶面能由于晶界上原子排列不规律产生点阵畸变,引起能量升高,这部分能量称为晶面能。

9固熔体固态下一种组元熔解在另一种组元中而形成的新相。

10间隙相又称为简单间隙化合物非金属原子与过渡族原子的半径的比值小于0.59,化合物具有比较简单的结构称为间隙化合物。

11过冷度实际开始结晶温度与理论结晶温度之间的温度差称为过冷度。

12均匀形核在过冷的液态金属中,依靠液态金属本身的能量变化获得驱动力由晶胚直接形核的过程。

13非均匀形核在过冷液态金属中,若晶胚是依附在其他物质表面上成核的过程。

14形核率单位时间单位体积内所形成的晶核数目。

15相图又称状态图或平衡图表示材料系统中相得状态与温度及成分之间关系的一种图形。成分过冷这种有液相成分改变而形成的的过冷。

16伪共晶这种有非共晶成分的合金得到的共晶组织。

17包晶转变当有些合金凝固到达一定温度时,已结晶出来的一定成分的固相与剩余的液相发生反应生成另一种固相,这种转变为共晶

材科基考点精讲(第10讲 三元相图,上)

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(3) 等温截面及其投影
TA
A3 A2 A1
E3
A
E1
TC
E C3 C2 C1
C
TB B3 B2 E2 B1
B
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L+C L
3. 等温截面及其投影
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B
αC
L+α
L
A
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相区变化方向
随着等温温度的降低, 液相线投影向液相区移 动,即液相区缩小;固 相区增大,两相区向液 相区一方移动
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E1
e1
B
TB
E1 L ⇔ B
E2
E
L⇔A
L⇔B
e
e2
L⇔C
E2
e3
E3
C
TC
E2
E3 L ⇔ C
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E3
L⇔A+C
L⇔A+B
E1
E2 L ⇔ B + C

材料科学基础第三章

材料科学基础第三章

(一)二元合金相图的建立 Pb-Sb二元合金为例 二元合金为例) (以Pb-Sb二元合金为例) 1,建立相图的思路: ,建立相图的思路:
合金相变时,伴随物理,化学性能的变化, 合金相变时,伴随物理,化学性能的变化,可利用 热分析法(或者热膨胀法,磁性测定法,金相法, 热分析法(或者热膨胀法,磁性测定法,金相法,电阻 法和X射线结构分析法等 精确测定相变临界点( 射线结构分析法等) 法和 射线结构分析法等)精确测定相变临界点(即临界 温度),确定不同相存在的温度和成分区间,建立相图. ),确定不同相存在的温度和成分区间 温度),确定不同相存在的温度和成分区间,建立相图.
利用引例的思路,问题转化为: ( Ⅲ )利用引例的思路,问题转化为: 浓度为C的合金 分成浓度为C 的合金, 浓度为 的合金,分成浓度为 a , 1500 Cb两份,所以有 两份,所以有: 1400 Ma×Ca+ Mb×Cb=C×(Ma+ Mb) ×
1300 1200 1100 1000 900 800 0 20
1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 0 20 40 60 80 100
L
α+ L
A α
Ni
W (% ) Cu
Cu
三,合金的平衡结晶过程
所谓平衡结晶过程是指合金从液态无限缓慢冷却, 所谓平衡结晶过程是指合金从液态无限缓慢冷却, 平衡结晶过程是指合金从液态无限缓慢冷却 原子扩散非常充分, 原子扩散非常充分,冷却过程中每一时刻都能达 到相平衡条件的一种结晶过程. 到相平衡条件的一种结晶过程.

合金的结构与相图(材料第三章)

合金的结构与相图(材料第三章)
第三章 合金的结构与相图
第一节 固态合金中的相结构 第二节 二元合金相图的建立 第三节 匀晶相图 *第四节 二元共晶相图 *第五节 二元包晶相图 *第六节 形成稳定化合物的二元合金相图 *第七节 具有共析反应的二元合晶相图 第八节 合金的性能与相图之间的关系
1
第一节 固态合金中的相结构
合金是指由两种或两种以上 元素组成的具有金属特性的 物质。
隙化合物。如
M4X (Fe4N)、
M2X (Fe2N、 W2C)、
MX (TiC、VC、TiN)等。
间隙相具有金属特征和极高 VC

的硬度及熔点,非常稳定。 结

部分碳化物和所有氮化物属
于间隙相。
11
b. 具有复杂结构的间隙化合物 当r非/r金>0.59时形成复杂结构间
隙化合物。 如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C
组成合金的元素可以全部是 黄铜 金属,也可是金属与非金属。
组成合金的元素相互作用可 形成不同的相。
Al-Cu两相合金
2
相:是指金属或合金中凡成
单相
合金
分相同、结构相同,并与其
它部分有界面分开的均匀组
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成部分。
显微组织:是指在显微镜下 观察到的金属中各相或各晶 粒的形态、数量、大小和分 布的组合。
界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 4. 将垂线上相同意义的点连接起来,并标上相应的数字和字母。

合金中的相

合金中的相

合金中的相:合金与组元

合金由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有

金属性质的物质。

例如:碳钢、合金钢、铝合金、铜合金等。

组元:组成合金的独立的、最基本的单元。

组元可以是元素或稳定的化合物。

例如:碳钢——两个组元:Fe、C(或Fe 、Fe

C);

3

合金钢40Cr——三个组元: Fe、C和Cr;

合金钢35CrMnSi——五个组元:Fe、C、Cr、Mn、Si。

包含几个组元的合金称为几元合金,如钢是二元合金,40Cr是三元合金等。

合金中的:相

相化学、物理构成(聚集状态、晶体结构)相同且与其他不同部分有明显界面分开的部分。

固溶体一种元素的原子(溶质)进入另一种元素的晶体中,占据该晶体的格点位置或者晶格间隙位置,但不改变其晶体结构,所形成的相。

金属化合物(中间相)组元间混合后形成的一种新的、晶体结构复杂,且不同于各组元晶体结构的相。

合金中的相:固溶体相——间隙与置换固溶体

固溶体一种元素的原子(溶质)进入另一种元素的晶体中,占据该晶体的格点位置或者晶格间隙位置,但不改变其晶体结构,所形成的相。

根据溶质原子所处位置分类:

间隙固溶体:溶质原子位于溶剂晶格间隙的固溶体(当D质/D剂<0.59)。置换固溶体:溶质原子置换某些溶剂原子并占据其位置的固溶体(当D质/D剂>0.59)。

间隙固溶体两种置换固溶体

合金中的相:固溶体相——有限与无限固溶体

根据溶解度分类:

有限固溶体:溶质溶解度存在限度(溶质原子溶入产生晶格畸变)。

无限固溶体:组元可以无限互溶(溶质原子溶入产生很小的晶格畸变)。

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《材料科学基础》总复习(完整版)

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《材料科学基础》上半学期内容重点

第一章固体材料的结构基础知识

键合类型(离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健)及其特点;键合的本质及其与材料性能的关系,重点说明离子晶体的结合能的概念;

晶体的特性(5个);

晶体的结构特征(空间格子构造)、晶体的分类;

晶体的晶向和晶面指数(米勒指数)的确定和表示、十四种布拉维格子;

第二章晶体结构与缺陷

晶体化学基本原理:离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体;

典型金属晶体结构;

离子晶体结构,鲍林规则(第一、第二);书上表2-3下的一段话;共价健晶体结构的特点;三个键的异同点(举例);

晶体结构缺陷的定义及其分类,晶体结构缺陷与材料性能之间的关系(举例);

第三章材料的相结构及相图

相的定义

相结构

合金的概念:

固溶体

置换固溶体

(1)晶体结构

无限互溶的必要条件—晶体结构相同

比较铁(体心立方,面心立方)与其它合金元素互溶情况(表3-1的说明)

(2)原子尺寸:原子半径差及晶格畸变;

(3)电负性定义:电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律;(4)原子价:电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系;间隙固溶体

(一)间隙固溶体定义

(二)形成间隙固溶体的原子尺寸因素

(三)间隙固溶体的点阵畸变性

中间相

中间相的定义

中间相的基本类型:

正常价化合物:正常价化合物、正常价化合物表示方法

电子化合物:电子化合物、电子化合物种类

原子尺寸因素有关的化合物:间隙相、间隙化合物

二元系相图:

杠杆规则的作用和应用;

匀晶型二元系、共晶(析)型二元系的共晶(析)反应、包晶(析)

型二元系的包晶(析)反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点;

合金相

合金相

合金相

固溶体

代位固溶体

形成条件

溶质原子的分布

间隙固溶体

缺位固溶体

有序固溶体

中间相

正常价化合物

电子化合物

间隙化合物

拓扑密堆相

Laves相

其他拓扑密堆相

金属间化合物的实际应用

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

当一种(或多种)元素加入到金属中组成合金时,随着各组元相对含量、晶体结构类型、电化学性质、原子相对尺寸、电子浓度和合金的温度等因素的不同,可以得到不同的结构或原子排列方式。这些不同结构和不同原子排列方式的相统称为合金相。

绝大多数实用的金属材料都是由一种或几种合金相所构成的合金。合金相的结构和性质以及各相的相对含量,各相的晶粒大小、形状和分布对合金的性能起着决定性的作用。

合金相根据在相图中所处的位置,可以分为固溶体和中间相(或称金属间化合物)两大类。以二元合金为例,在相图的两个端部分别与纯组元连续相接的单相区,称为固溶体或初级固溶体。但当第二种元素浓度超过一定限度时,可能形成通常称为中间相的新相。有时将具有很大成分范围的中间相称为次级固溶体,而将只在很窄成分范围具有同一结构的相称为金属间化合物。图1为Ag-Zn二元相图,示出初级固溶体和中间相在相图上的形成位置。

固溶体

第二组元的原子作为溶质原子完全溶解于固态金属溶剂中,形成的合金相称为固溶体。固溶体的一个特点是成分可以在一定范围内连续变化,这种变化不引起原来溶剂金属的点阵类型发生改变(见晶体结构)。

固溶体是金属结构中最常见的合金相类型。绝大多数金属材料或是由固溶体组成,或是以固溶体为基,其中分布一定的金属间化合物。在固溶体点阵中,原子之间的结合基本上是金属键。和固态纯金属一样,固溶体内存在着各种各样的晶体缺陷,如空位、离位原子、位错、亚晶界和晶粒间界等等;这些缺陷引起固溶体点阵的畸变。此外,由于异类原子的溶入也造成点阵的畸变。这些畸变对金属的性能产生重大影响,如提高合金的强度和电阻率等。

材料科学基础(第三版)

材料科学基础(第三版)

材料科学基础(第三版)

第1章原子结构与键合

1.1 原子结构

1.1.1 物质的组成

1.1.2 原子的结构

1.1.3 原子的电子结构

1.1.4 元素周期表

1.2 原子间的键合

1.2.1 金属键

1.2.2 离子键

1.2.3 共价键

1.2.4 范德瓦耳斯力

1.2.5 氢键

1.3 高分子链

1.3.1 高分子链的近程结构

1.3.2 高分子链的远程结构

第2章固体结构

2.1 晶体学基础

2.1.1 空间点阵和晶胞

2.1.2 晶向指数和晶面指数

2.1.3 晶体的对称性

2.1.4 极射投影

2.1.5 倒易点阵

2.2 金属的晶体结构

2.2.1 三种典型的金属晶体结构2.2.2 晶体的原子堆垛方式和间隙2.2.3 多晶型性

2.3 合金相结构

2.3.1 固溶体

2.3.2 中间相

2.4 离子晶体结构

2.4.1 离子晶体的结构规则

2.4.2 典型的离子晶体结构

2.4.3 硅酸盐的晶体结构

2.5 共价晶体结构

2.6 聚合物的晶态结构

2.6.1 聚合物的晶体形态

2.6.2 聚合物晶态结构的模型2.6.3 聚合物晶体的晶胞结构2.7 准晶态结构

2.8 液晶态结构

2.8.1 液晶的分子结构特征与分类

2.8.2 液晶的结构

2.9 非晶态结构

第3章晶体缺陷

3.1 点缺陷

3.1.1 点缺陷的形成

3.1.2 点缺陷的平衡浓度

3.1.3 点缺陷的运动

3.2 位错

3.2.1 位错的基本类型和特征

3.2.2 伯氏矢量

3.2.3 位错的运动

3.2.4 位错的弹性性质

3.2.5 位错的生成和增殖

3.2.6 实际晶体结构中的位错

3.3 表面及界面

合金的相结构与相

合金的相结构与相
第三章 合金的相结构与相图
第一节 基本概念 第二节 合金的相结构 第三节 二元合金相图的建 第四节 二元匀晶相图 第五节 二元共晶相图 第六节 二元包晶相图 第七节 具有共析反应的二元合金相图 第八节 合金的性能与相图的关系 第九节 铁碳合金相图
整理课件
学习要求
1.了解二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图各个 区间的组织组成和特征;
整理课件
第八节 合金的性能与相图的关系
一、合金的使用性能与相图的关系 二、合金的工艺性能与相图的关系
整理课件
第九节 铁碳合金相图
一、纯铁的同素异构转变 金属在固态下随温度或压力的改变,由一种晶格转变为另
一种晶格的变化,称为同素异构转变。
纯铁的同素异构转变
整理课件
纯铁的冷却曲线
二、铁碳合金的基本组织 铁素体:碳溶于体心立方晶格的α-Fe中所形成的间隙固溶
与合金晶体结构相同的元素称 溶剂,其它元素称溶质。
置换固溶体:溶质原子占据溶剂 晶格某些结点位置所形成的固 溶体。
溶质原子呈无序分布的称无序 固溶体,呈有序分布的称有序 固溶体。
置换固溶体
整理课件
间隙固溶体:溶质原子嵌入 溶剂晶格间隙所形成的固 溶体。
形成间隙固溶体的溶质元 素是原子半径较小的非金 属元素,如C、N、B等, 而溶剂元素一般是过渡族 元素。
间隙化合物Fe3C的晶体结构

第三章合金相的晶体结构

第三章合金相的晶体结构


亚共晶成分: c~e 亚共晶转变式:
L → αc + (αC +βD)
先共晶相
共晶体
(3) 成分Ⅲ(过共晶成分)结晶过程

过共晶成分: e~d 过共晶转变式:
βD + (αC +βD)
先共晶相
共晶体
(4) 成分Ⅳ(匀晶成分)结晶过程

成分Ⅳ
L
L →α
( L +α )
α α →β αF+βG
—— 成分Ⅳ为匀晶转变 (a-c; d-b)
其它形状共晶相图
4 合金的组织构成
成分在f~g之间的合 金均由 α+β相构成;但不 同合金中两相的形成过程 与形貌各不相同。
亚共晶合金: α
+
(α先共晶和α共晶)
β
(βⅡ和β共晶)
共晶合金与过共晶合金呢?
各成分合金的组织构成
αⅠ
αⅠ+βⅡ α先共晶+βⅡ +(α+β)共晶
βⅠ
(α+β)共晶
β先共晶+αⅡ +(α+β)共晶
经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性 的物质。
Pb-Sn合金 钢(Fe-C) 锡青铜 ( Cu-Sn(<14%) )
什么是组元?什么是合金系?
组 元 ——组成合金最基本的、能独立存在的物质 Fe-C合金:Fe(组元一)-Fe3C(组元二)

3.1 合金中的相及相结构

3.1 合金中的相及相结构
17
(d)电子浓度因素
人们在研究以Cu、Ag、Au为基的固溶体时,发现随 着溶质原子价的增大,其溶解度极限减少。
如果将浓度坐标以电子浓度来表示,则它们的溶解 度极限是近似重合的。 所谓电子浓度是指固溶体中价电子数目e与原子数目 a之比。 除此之外,固溶度还与温度有密切关系。在大多数 情况下温度越高,固溶度越大。而对少数含有中间相 的复杂合金系(例Cu-Zn),则随温度升高,固溶度减小。

具有奇特吸释氢本领的金属间化合物(常称为贮氢材料), 如 LaNi5,FeTi,R2Mg17和R2Ni2Mg15。(R等仅代表稀土 La,Ce,Pr,Nd或混合稀土)是一种很有前途的储能和 换能材料;
39
金属间化合物的性质和应用

具有耐热特性的金属间化合物,如Ni3Al,NiAl, TiAl,Ti3Al,FeAl,Fe3Al,MoSi2,NbBe12,ZrBe12 等不仅具有很好的高温强度,并且,在高温下具有比 较好的塑性;
(a)组元的晶体结构类型
(b)原子尺寸因素
(c)电负性因素(化学亲和力)
(d)电子浓度因素
12
(a)组元的晶体结构类型
晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条
件,组元间要无限互溶,晶体结构类型必须要相同。
因为只有这样,组元之间才可能连续不断地置换而 不改变溶剂的晶格类型。 形成有限固溶体时,如果溶质与溶剂的晶体结构 类型相同,则溶解度通常也较不同结构时为大;否 则,反之。

材料科学基础-第7章1合金相图

材料科学基础-第7章1合金相图

13
13
7.1.2 金属间化合物
金属间化合物(中间相):形成的晶体结构与任一组元均 不相同的新相。它具有相当程度的金属键,常位于相图的中 间,一般熔点较高,硬度高,脆性大。 1.正常价化合物 正常价化合物:严格遵守化合价规律的金属间化合物。其 成分固定,可用化学式表示。通常是由强金属元素(如Mg) 与非金属元素或类金属元素(如IV、V,VI族的Sb、Bi、 Sn、Pb等)组成的,例如Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、 Mg2S、MnS及β-SiC等。 一般不能形成以自身为基体的固溶体。 硬度高、脆性大。
1577 1650
19
1277 ~800
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7.1.2 金属间化合物
(2) 间隙化合物 晶体结构都很复杂。如铬、锰、铁、钴的碳化物及铁的 硼化物,常见的有M3C型(如Fe3C),M7C3型(如 Cr7C3),M23C6型(如Cr23C6)和M6C型(如Fe3W3C、 Fe4W2C等。 4.金属间化合物的特性 高的熔点,高的化学稳定性,高的硬度和较大的室温脆 性等。 作为重要的强化相。 不少金属间化合物已作为新的功能材料和耐热材料,如 性能远远超过现在广泛应用的硅半导体材料的金属间化 合物砷化镓(GaAs),形状记忆合金材料NiTi和CuZn, 储氢材料LaNi5,涡轮叶片的高温合金材料Ti3Al等等。
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7.1.1
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第3讲合金相、离子晶体、共价晶体以及聚合物的晶体结构

主讲人:高山

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一、合金相晶体结构

基本概念:合金、合金相(相)、组织

合金相分类:固溶体,中间相

重点:各类固溶体的定义

固溶体与中间相的区别

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(一)基本概念

1.合金(alloy ):两种或两种以上的金属或金属与非金属经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组元—组成合金的基本单元。组元可以是金属和非金属,也可以是化合物。

2. 组织(structure ):材料中的直观形貌,可以用肉眼观察到,也可以借助于放大镜、显微镜观察到的微观形貌。分为:①宏观组织,肉眼或是30倍放大镜所呈现的形貌;②显微组织,显微镜观察而呈现的形貌。

3.相(phase ):合金中具有同一聚集状态,同一化学成分、同一晶体晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。

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无限固溶体按固溶度分有限固溶体置换式固溶体按溶质原子无序固溶体按原子排列所占位置固溶体的程序性分有序固溶体间隙固溶体:有限固溶体一次固溶体初级固溶体按基体类型二次固溶体(二)固溶体

1. 固溶体的定义

固溶体:溶质原子以原子态溶入溶剂点阵中组成的单一均匀固态溶体称为固溶体;其最大特点是保持了原溶剂的晶体结构。

2. 固溶体的分类

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(1)置换固溶体:溶质原子置换溶剂点阵中部分溶剂原子所形成的固溶体。

(2)间隙固溶体:溶质原子以间隙原子的形势存在于溶剂原子的间隙位置的固溶体。

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(2)有序固溶体:溶质原子按适当比例并按一定顺序和方向围绕着溶剂原子分布时,这种固溶体被称为有序固溶体。

(3)无序固溶体:溶质原子统计式或者随机的分布在溶剂晶体点阵的任意位置,看不出规律性的固溶体。

(4)一次(边际)固溶体:以纯金属组元作为溶剂的固溶体。

(5)二次(中间)固溶体:以化合物作为溶剂的固溶体。

(6)有限固溶体:具有固溶极限的固溶体。

(7)无限固溶体:溶质原子能以人和比例溶入溶剂的固溶体。

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3. 影响固溶体固溶度的因素

(1)原子尺寸因素:溶质与溶剂原子半径的相对差小于

±14%~15%,才可能形成溶解度较大甚至无限溶解的置换固溶体。与溶质原子进入所引起的点阵畸变有关。当相对差超过41%时有利于形成间隙固溶体

(2)电负性因素:电负性是指原子吸引电子形成负离子的倾向,以电负性因素来衡量化学亲和力。电负性差值越小越容易形成固溶体,随着电负性增大,固溶度下降。

(3)电子浓度因素:①同一溶剂金属,溶质原子价越高,固溶度越小;②高价组元在低价组元中的固溶度较反之要大。

(4)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。形成有限固溶体时,溶质元素与溶剂的结构类型相同,则溶解度通常也较不同结构时为大。

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4. 固溶体的微观不均匀性

(1)无序分布

(2)偏聚状态

(3)部分有序

(4)完全有序

部分有序和完全有序

都要求异类原子结合

降低整体能量

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5. 固溶体的性质

(1)结构变化:存在点阵畸变,点阵常数变化,出现偏聚和有序化。

(2)力学性能:硬度、强度提高,塑形下降。

(3)物理性能:电阻加大,导电率下降。

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版权所有⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧相)拓扑密堆(拉弗斯相和间隙相和间隙化合物与尺寸因素相关超结构

电子化合物

正常价化合物中间相σ(三)金属化合物(中间相)

中间相:两组元A 、B 组成合金时可能形成晶体结构与

A 、

B 两组元都不相同的新相,这些相一般在二元相图中位于中间,所以称为中间相。中间相既可以是化合物,也可以是以化合物为基底的固溶体(二次固溶体)

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1. 正常价化合物

由两种电负性差值较大的元素按通常的化学价规律形成的化合物,其稳定性与两组元的电负性差值大小有关,电负性差值越大,稳定性越高,愈接近离子键合,反之趋向于金属键合。正常价化合物包括从离子键、共价键过渡到金属键为主的一系列化合物,通常具有较高的强度和脆性,固溶度范围极小,在相图上为一条垂直线。

正常价化合物的晶体结构通常对应于同类分子式的离子化合物结构,如NaCl 型、ZnS 型

2. 电子化合物(Hume-Rothery 相)

特点:电子浓度是决定相结构的主要因素;

在相图上占有较宽成分范围;

结合性质为金属键,体现金属特征。

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3. 原子尺寸因素化合物

当两种元素形成金属化合物的类型与它们之间的原子半径有关时,便形成原子尺寸因素化合物。当原子半径的差距较大时,倾向于形成间隙相和间隙化合物;当原子半径差距不是很大时,倾向于形成拓扑密堆相。

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(1)间隙相和间隙化合物

在过渡族金属与H 、B 、C 、N 等原子半径甚小的非金属元素之间形成。

①间隙相

·γX /γM <0.59,γX 、γM :非金属(X )与金属(M )的原子半径。

·具有比较简单的晶体结构, 多数为面心立方和密排六方,少数具有体心立方和简单六方结构。

·分子式一般为M 4X 、M 2X 、MX 和MX 2·成分可以在一定范围内变化。

②间隙化合物

·γX /γM >0.59,晶体结构很复杂

·在碳钢和合金钢中复杂填隙相的结构主要有M 3C 、M 23C 6M 7C 3和M 6C 三相类型。

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