6.固溶体的结构和性能

()五固溶体的结构

固溶体的结构发生了变化：

虽然固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但若与纯组元相比，结构还是发生了变化，有的变化还相当大，主要表现在以下凡个方面：晶格畸变；偏聚与有序；有序固溶体

()A晶格畸变

造成晶格畸变形成弹性应力场

由于溶质与溶剂的原子大小不同，因而在形成固溶体时，必然在溶质原子附近的局部范围内造成晶格畸变，并因此而形成一个弹性应力场。

晶格畸变的大小可由晶格常数的变化所反映

对置换固溶体来说，当溶质原子较溶剂原子大时，晶格常数增加；反之，当溶质原子较溶剂原子小时,则晶格常数减小。形成间隙固溶体时，晶格常数总是随着溶质原子的溶入而增大。

()B偏聚与有序

1.长期以来，人们认为溶质原于在固溶体中的分布是统计的、均匀的和无序的，

如图3-8a所示。

2.但经X射线精细研究表明，溶质原子在固溶体中的分布，总是在一定程度上

偏离完全无序状态，存在着分布的不均匀性

3.当同种原子间的结合力大于异种原子间的结合力时，溶质原子倾向于成群地

聚集在一起，形成许多偏聚区图3.8

4. 反之，当异种原子（即溶质原子和溶剂原子）间的结合力较大时，则溶质原

子的近邻皆为溶剂原子，溶质原子倾向于按一定的规则呈有序分布，这种有序分布通常只在短距离小范围内存在，称之为短程有序(图3-8c)

()C 有序固溶体

有序固溶体的概念

● 具有短程有序的固溶体，当低于某一温度时，可能使溶质和溶剂原子在整个

晶体中都按―定的顺序排列起束，即由短程有序转变为长程有序，这样的固溶体称为有序固溶体。

● 当溶质原子按适当比例并按一定顺序和一定方向，围绕着溶剂原子分布时，

这种固溶体就叫有序固溶体

有序固溶体有确定的化学成分可以用化学式来表示

● 例如在Au Cu -合金中，当两组元的原子数之比()Au Cu :即等于1:1()CuAu 和

3:1()Au Cu 3时，在缓慢冷却条件下，两种元素的原子在固溶体中将由无序排列转变为有序排列，铜、金原子在晶格中均占有确定的位置，如图3.9所示 ● 对CuAu 来说，铜原子和金原于按层排列于()001晶面上，一层晶面上全部是

铜原子，相邻的一层全部是金原子

● 由于铜原子较小，故使原来的面心立方晶格略变形为93.0=a

c 的四方晶格 ● 对Au Cu 3来说，金原子位于晶胞的顶角上，铜原子则占据面心位置 固溶体的有序化温度：

当有序固溶体加热至某一临界温度时，将转变为无序固溶体,而在缓慢冷却至这一温度时，又可转变为有序固溶体。这一转变过程称为有序化.发生有序化的临界温度称为固溶体的有序化温度。

无序变有序的性能突变：

当无序固溶体转变为有序固溶体时，性能发生突变：硬度及脆性显著增加，而塑性和电阻则明显降低。

有序固溶体的相本质：

由于溶质和溶剂原子在晶格中占据着确定的位置，因而发生有序化转变时有时会引起品格类型的改变。严格说来，有序固溶体实质上是介于固溶体和化合物之间的一种相，但更接近于金属化合物。

()五固溶体的性能

总的来说固溶强化：

随着溶质浓度的增加强度硬度升高塑性韧性下降

强化效果：

1.原子尺寸相差越大晶格畸变越大强化效果越好

2.间隙固溶体强化效果强于置换固溶体，因为造成的晶格畸变大

固溶体的硬度和屈服强度和抗拉强度

一般来说，固溶体的硬度、屈服强度和抗拉强度等总是比组成它的纯金属的平均值高，随着溶质原子浓度的增加，硬度和强度也随之提高。

固溶体的塑性韧性方面

在塑性韧性方面，如延伸率、断面收缩率和冲击功等，固溶体要比组成它的两个纯金属的平均值低，但比一般化合物要髙得多。

因此，综合起来看，固溶体比纯金属和化合物具有较为优越的综合机械性能，因此，各种金属材料总是以固溶体为其基体相。