合金相结构
合金的相结构
（2）间隙固溶体
溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体称为间隙固溶体，其中的溶质原子不占据晶格的正常位置，其结构见图2-2-14。
图2-2-14间隙固溶体
2金属化合物
金属化合物是合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。一般可用分子式大致表示其组成。金属化合物一般有较高的熔点、较高的硬度和较大的脆性。合金中出现化合物时，可提高强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。根据金属化合物的形成规律及结构特点，可将其分为三大类型。
具有复杂结构的间隙化合物也具有很高的熔点、硬度和脆性，但与பைடு நூலகம்隙相相比要稍低一些，加热时也易于分解。这类化合物是碳钢及合金钢中重要的组成相。金属化合物也可以溶入其它元素的原子，形成以金属化合物为基的固溶体。
铜合金分类与牌号普通黄铜的相组成及各相的特性Cu-Zn二元系相图中的相有α、β、γ、δ、ε、η。黄铜普通黄铜37.5 32.5 36.8 α相：以铜为基的固溶体。α晶格常数随锌含量增加而增大，锌在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加，在456℃时固溶度达最大值(39％Zn)；之后，锌在铜中的溶解度随温度的降低而减少。含锌25％左右合金，存在Cu 3 Zn化合物的两种有序化转变：450℃左右：α无序固溶体→α l有序固溶体217℃左右：α l有序固溶体→α 2有序固溶体。α相塑性良好，可进行冷热加工，并具有良好焊接性能。β相：以电子化合物CuZn为基的体心立方晶格固溶体。冷却时：468～456℃，无序相β→成有序相β??。β??塑性低，硬而脆，冷加工困难，所以含有β??相的合金不适宜冷加工。但加热到有序化温度以上，β??→β后，又具有良好塑性。β相高温塑性好，可进行热加工。γ相：以电子化合物Cu 5 Zn 8为基的复杂立方晶格固溶体。硬而脆，难以压
合金相结构的分类
合金相结构的分类
1. 固溶体呀，这就好比是一个大团队，不同的元素就像成员一样混合在一起。
比如说在铜里加入一些锌，形成的黄铜不就是个很典型的例子嘛！它们完美融合，产生了新的性能。
2. 金属间化合物呢，那可真是特别啊！就好像是一群高手专门组成的精英小队。
像钢铁中的渗碳体，那可是有着独特的硬度和性质，是不是很神奇呀！
3. 间隙相呢，就像是在一个大集体中巧妙地塞进了一些小不点儿。
举个例子，碳在铁中形成的一些相不就是这样嘛！不起眼但却有着重要作用。
4. 间隙化合物呀，类似于构建出的独特城堡。
像碳化钨这种，有着自己稳固的结构和特性，岂不是很厉害？
5. 拓扑密堆相呢，简直是结构中的精巧之作！好比是精心搭建的复杂模型。
像一些特殊的合金中就有这样的存在哦，真的让人惊叹不已。
6. 无序固溶体呢，可以想象成是一场热闹的大聚会，元素们随意地分布着。
比如一些铝合金在某些状态下就是这样，很有意思吧！
我觉得合金相结构的分类真是太有趣了，每一种都有着独特的魅力和用途，它们共同构建了丰富多彩的合金世界啊！。
第三章 合金的相结构和结晶
3.2 合金的相结构
固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化 合物两大类。
3.2.1固溶体
合金的组元之间以不同比例相互混合后形 成的固相，其晶体结构与组成合金的某一组元 的相同，这种相称为固溶体。与固溶体结构相 同的组元为溶剂，另一组元为溶质。碳钢和合 金钢，均以固溶体为基体相。
一、固溶体的分类
1、按溶质原子在溶剂晶格中所占位置分类 置换固溶体和间隙固溶体
相图是表示在平衡条件下合金系中合金的状态与温 度、成分间关系的图解，也称为平衡图或状态图。 平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各 相的成分和质量分数不再变化所达到的一种状态。
一、二元相图的表示方法
合金存在的状态通常 由合金的成分、温度 和压力三个因素确定。 常压 表象点
二、二元合金相图的测定方法
第三章 二元合金的相结构与结晶
合金：指两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔 炼或烧结，或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质。 纯金属和合金的比较： 纯金属强度一般较低，不适合做结构材料 因此目前应用的金属材料绝大多数是合金，如应用最广泛的 碳钢和铸铁就是铁和碳的合金，黄铜就是铜和锌的合金。 合金性能优良的原因： 合金的相结构 合金的组织状态：合金相图
2、固溶体合金的结晶需要一定的温 度范围
固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围内进行， 在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数 量的固相。随着温度的降低，固相的数量增加，同 时固相和液相的成分分别沿着固相线和液相线而连 续地改变，直至固相的成分与原合金的成分相同时， 才结晶完毕。这就意味着，固溶体合金在结晶时， 始终进行着溶质和溶剂原子的扩散过程，其中不但 包括液相和固相内部原子的扩散，而且包括固相与 液相通过界面进行原子的互扩散，这就需要足够长 的时间，才得以保证平衡结晶过程的进行。
合金相的结构
(1).金属化合物的特点
a.晶体结构不同于组成元素。组元原子在中 间相中各占一定的点阵位置，呈有序排列。
b.大多数中间相中原子间的结合方式属于金 属键与其他典型键（如离子键、共价键和分 子键）相混合的一种。因此，它们都具有金 属性。
c.中间相通常可用化合物的化学分子式表示。
c.化学亲和力(电负性因素)--合金组元间电 负性差愈大，倾向于生成化合物而不利于 形成固溶体；只有电负性相近的元素才可 能具有大的溶解度。
d.原子价因素--在某些以一价金属(如Cu， Ag，Au)为基的固溶体中，溶质的原子价 越高，其溶解度越小。
元素的电负性(虚线表示铁的电负性数值)
铜合金的固相线和固溶度曲线
第三章 合金相结构
•合金:指由两种或两种以上的金属或金属与
非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并 具有金属特性的物质。
•组成合金的基本的独立的物质称为组元。
一般，组元就是组成合金的元素（化合物）。
E.g.黄铜，铁碳合金。
•相：指金属或合金中具有同一聚集状态，
同一结构和性质，并与其它部分有明显界面 分开的均匀组成部分。
2.3.2.金属化合物—组元在固态下相互 作用而形成的一种新物质。
•两组元A和B组成合金时，除了可形成以A为
基或以B为基的固溶体(端际固溶体)外，还可 能形成晶体结构与A，B两组元均不相同的新 相。由于它们在二元相图上的位置总是位于 中间，故通常把这些相称为（金属化合物） 中间相。
•中间相可以是化合物，也可以是以化合物
合金相基本上分为固溶体和金属化合物（中 间相）两大类。
• 组织：由尺寸、形态和分布方式不同的一
种或多种相构成的总体，以及缺陷，损伤 。 • 宏观组织（用肉眼或借助于放大镜观察） • 显微组织(用显微镜观察) • 电子显微组织（电子显微镜观察）
合金在固体状态的相结构
合金的相结构是指在固体状态下，合金中结构和成分均一的组成部分。
根据合金中各组元间相互作用不同，固态合金中的相可分为固溶体和金属化合物两类。
固溶体是指固态合金组元间互相溶解而形成的均匀相。
固溶体中保持原来晶格结构的组元称为溶剂，其含量较多；其他溶入且晶格结构消失了的组元称为溶质，其含量较少。
固溶体是合金的一种基本相结构，其晶格与溶剂组元晶格相同。
按溶质原子在溶剂晶格中所占位置不同，可分为间隙固溶体和置换固溶体两类。
间隙固溶体：溶质原子处于溶剂原子的间隙中而形成的固溶体。
由于溶剂晶格空隙有限，故间隙固溶体能溶解的溶质原子的数量也是有限的。
由于溶剂晶格空隙尺寸很小，因此能形成间隙固溶体的溶质原子，通常是一些半径很小的非金属元素，如碳、氮、硼等非金属元素溶于铁中形成的固溶体。
置换固溶体：单胞中的原子数目保持与纯溶剂相同，由一种元素替代另一种元素或替代一个化合物中的某一元素，或一个化合物替代另一个化合物。
形成置换固溶体的条件是：相互替代的组元应该具有相同的晶胞形状，原子半径差不超过15%，电负性和电子结构相近。
此外，金属化合物是指合金中的各组元通过相互作用，形成了与组元性质完全不同的新相。
金属化合物一般具有复杂的晶体结构，其晶格结构与单一组元相的晶格结构均不相同。
金属化合物在合金中以脆性相形式存在，降低合金的力学性能。
综上所述，相是组织的基本单元，组织是相的综合体。
如需了解更多关于合金在固体状态的相结构的信息，建议查阅金属学书籍或咨询材料学家获取。
合金的结构和相图
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)
元合金的相结构与相
保持着溶剂的晶格类型； 晶格发生畸变 偏聚与（短程）有序 有序固溶体（长程有序化）
当固溶体发生偏聚或有序化时，强度和硬度增加，而塑性和韧性降低。
1
2
4 固溶体的结构特点
01
物理性能方面，随着溶质原子的↑，固溶体的电阻率↑，电阻温度系数↓，导热性↓。
02
5 固溶体的性能
溶质与溶剂原子相差越大，溶质原子浓度越高，所引起的晶格畸变越大，固溶强化效果越大；
相成分判定方法
两相区:
单相区: 实际座标点
液(固)相线的意义:
表征了各成分合金的结晶起始(终止)温度; 表征了各温度下液固两相达到平衡时液(固)相的成分
4 相律（P73～74）
相律表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和相数之间的关系。 数学表达式：f = c - p +2
有: WLCL+ WαCα=(WL+ Wα) C Wα(Cα-C)= WL(C- CL)
a
r
b
若将合金成分C的 r 点看做支点，将WL、Wα看做作用于a 和 b 的力，则相当于力学中的杠杆定律——形象的比喻。 Wα= ( ar / ab )W0 WL = ( rb / ab )W0 ——杠杆定律只适用于二元相图的两相区
一种金属元素与另一种或几种其它元素，经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。
02
Pb-Sn合金,
04
钢（Fe-C）,
锡青铜(Cu-Sn(<14%)）
1 合金的相结构
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) 合金系——由给定的组元以不同的比例配制成的一系列成分不同的合金系统。 例：Fe-C: 90%Fe-10%C、 80%Fe-20%C、 50%Fe-50%C、 20%Fe-80%C Fe-Cr-C 根据组元数分为： 二元合金 、三元合金 、 多元合金。
合金的基本相结构有
合金的基本相结构有合金是由两种或更多种金属元素组成的固体材料，具有许多优越的性能和应用。
它的基本相结构对于了解合金的特点和应用至关重要。
下面将为大家介绍合金的基本相结构。
合金的相结构可分为均匀单一相和非均匀复合相两种。
首先，均匀单一相是指合金的组分在结晶过程中均匀地分布在晶格中，形成一种相。
这种相具有均匀的结构和性质，可以分为固溶体和物态共存两种类型。
固溶体是最常见的合金相，它由两种或多种金属元素在固态下均匀混合形成。
这些元素之间的原子结构相似，因此它们可以共享晶格中的位置。
固溶体可以进一步细分为替代固溶体和间隙固溶体两种。
替代固溶体是指在晶格中，其中一种金属的原子被另一种金属的原子替代。
这种相具有较高的固溶度和均匀性，常见的例子包括黄铜，它是由铜和锌组成的。
间隙固溶体是指在晶格中，原子尺寸较小的金属原子填充了原子尺寸较大的金属原子之间的间隙。
这种相常常可以改变材料的硬度和强度，一种典型的间隙固溶体是钢中的碳原子。
物态共存是指两种或多种不同的相在合金中同时存在。
这些相有不同的化学成分和结构，但相互之间是稳定且可互相存在的。
这种相结构常见于合金的相变过程中，例如凝固和固相变化。
其次，非均匀复合相是指合金中多个相之间有界面存在，这些界面可能由原子排列不规则或晶格方向不匹配引起。
这种相结构常见于多组分合金或部分溶解合金中，它们的化学成分和物理性质在不同相之间发生变化。
非均匀复合相常见的类型有析出硬化相和亚晶等。
析出硬化相是指合金中某些化学成分过饱和后，超过了溶解度限制，形成固态沉淀物或析出相。
这些细小的固态沉淀物可以有效地增强合金的硬度和强度，提高其机械性能。
亚晶是指合金中不同晶粒之间存在着不规则边界或嵌入物，它们的晶格方向可能不完全匹配。
这种相结构可以提高合金的高温抗蠕变能力和耐蚀性。
基本相结构的了解有助于我们理解合金的结构和性能，进一步指导合金的设计和应用。
通过调控合金的相结构，我们可以实现对合金材料的硬度、强度、延展性、耐腐蚀性等性能的调节。
合金的相结构
合金的相结构材料的相结构一直是很重要的研究课题。
合金相结构也是材料工程中一个重要的研究课题。
一、合金相结构1、定义：合金相结构是指由一种或多种金属元素调节原子结构而形成的不同物质组成的均匀状态。
2、分类：（1）单相：指纯金属的结构，它的原子结构中仅仅包含一种元素；（2）多相：指合金的结构，它的原子结构中包含至少两种金属元素。
二、相结构调控1、相平衡：相平衡即两相或多相物质系统之间存在物理模型，使得多相物质系统（特别是合金材料）能够处于一定温度和压力下具有安定状况。
2、相分解：相分解是指在达到热力学相平衡状态前，发生在固体中的一种能量交互过程，它会导致过渡金属元素重新排列的状态，并造成合金的非晶结构特征。
3、相析出：相析出是指在一定温度和压力条件下，一种相系列中，由低温稳定的相变为高温稳定的相变，使得其他的晶状体相的改变是不可逆的，即一种相的析出。
三、相结构修改1、时效：时效是指经过合金处理或改变处理环境后，其相结构会醒发或改变，从而使合金性质发生非热力学改变，这种非热力学改变称为时效变化。
2、电子学制备：电子学制备是指电磁感测能力在相结构调控中的应用，它可以通过电磁感测影响合金相结构的析出、分层、迁移等现象。
3、定量分析：定量分析是指通过定量的研究方法来评估材料的合金相结构，通过定量的分析，可以对材料进行细致的分析，从而得到准确的研究结果。
四、合金相结构应用1、性能调控：通过改变合金的相结构，可以调节合金的性能，比如改变材料的硬度、强度、综合性等。
2、制备复合材料：通过合金的相结构，可以制备出具有融合性的复合材料，形成有效的复合材料结构，并使其具有高强度、高耐蚀性、高裂解低抗拉强度等性能。
3、改变材料的表面形貌：通过改变合金的相结构，可以改变材料的表面形貌，比如改变材料的粗糙度、颗粒状态、晶粒尺寸等特征。
通过上面的介绍可以看出，合金相结构是材料工程课题中一个重要的研究话题，随着技术的发展，它可以在材料设计中发挥重要作用，从而改变材料的性能，提高材料的综合性能。
合金的相结构.
3
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
．3．4合金相结构
纯金属的强度较低，所以工业广泛应用的是合金。
合金是两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法组合而成，并具有金属特性的物质，如黄铜是铜锌合金，钢、铸铁是铁碳合金。
组成合金最基本的独立物质叫组元，组元间由于物理的和化学的相互作用，可形成各种“相”。
“相”是合金中具有同一聚集状态，成分和性能均一，并以界面互相分开的组成部分。
由一种相组成的合金叫单相台金，如含锌30％Wc的Cu—Zn台金是单相合金。
而含锌40％Wc时则是两相合金，除生成了固溶体外，还形成了金属间化合物。
1．固溶体
凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型所形成的合金相称为固溶体。
固溶体的成分可在一定范围内连续变化，随异类原子的溶入，将引起溶剂晶格常数的改变及晶格畸变，致使合金性能发生变化。
通常把形成固溶体使强度，硬度升高的现象叫固溶强化。
根据溶质原子在溶剂中是占结点位置，还是占间隙位置，可将其分为置换固溶体与间隙固溶体；若溶质与溶剂以任何比例都能互溶，固溶度达100％，则称为无限固溶体，否则为有限固溶体；若溶质原子有规则地占据溶剂结构中的固定位置，溶质与溶剂原子数之比为一定值时，所形成的固溶体称为有序固溶体。
(1)置换固溶体
(a)组元的晶体结构类型
溶质与溶剂晶格结构相同则固溶度较大，反之较小。
(b)原子尺寸因素
溶剂原子半径rA与溶质原子半径rB的相对差(rA—rB)／rA不超过14％。
15％有利于大量固溶，反之固溶度非常有限。
(c)电负性因素
两元素的电负性相差越大，化学亲和力越强，所生成的化合物也越稳定。
(d)电子浓度因素
电子浓度定义为合金中价电子数目与原子数目的比值。
(2)间隙固溶体
一些原子半径小于0.1nm的非金属元素如H，O，N，C，B等受原子尺寸因素的影响，不能与过渡族金属元素形成置换固溶体，却可处于
溶剂晶格结构中的某些间隙位置，形成间隙固溶体。
(3)固溶体的微观不均匀性
固溶体的溶质原子分
布无序分布、偏聚分布、短程有序分布。
对于某些合金，当其成分接近一定原子比时，较高温度时为短程有序，缓冷到某一温度以下，会转变为完全有序状态称为有序固溶体，这一转变过程称为固溶体的有序化。
固溶体又称超结构或起点阵。
2．中间相
两组元组成的合金中，在形成有限固溶体，如果溶质含量超过其溶解度时．将会出现新相，其成分处在A在B中和B在A中的最大溶解度之间，故叫中间相。
因此中间相具有金属的性质，又称金属间化合物。
(1)正常价化合物
金属与周期表一些元素形成的化合物为正常价化合物，符合化学上的原子价规律，所以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。
正常价化合物一般具有较高硬度和脆性，在合金中弥散分布在基体上，常可起弥散强化作用。
(2)电子化合物
贵金属Cu、Ag、Au与Zn，Al，Sn所形成的合金:在它们中，随成分变化所形成的一系列中间相具行共同规律即晶体结构决定于电子浓度，称为休姆—罗塞里定律。
决定电子化合物结构的主要因素是电子浓度，但并非唯一因素．其他因素，特别是尺寸因素仍起一定作用。
电子化合物的结合键为金属键，熔点一般较高，硬度高，脆性大，是具有金属中的重要强化相。
(3)间隙相与间隙化合物
过渡族金属可与H，B，C，N等原子半径甚小的非金属元素形成化合物。
化合物具有简单的晶体结构称为间隙相。
当其结构复杂，
通常称为间隙化合物。
(a) 间隙相
间隙相可用简单化学式表示，并且一定化学式对应一定晶体结构，间隙相具有极高硬度和熔点，虽然间隙相中非金属原子占的比例很高，但多数间隙相具有明显的金属性，是合金工具钢及硬质合金的主要强化相。
(b)间隙化合物
间隙化合物种类较多，具有复杂的晶体结构。
一般合金钢中常出现的间隙化合物为Cr，Mn，Mo，Fe的碳化物或它们的合金碳化物，主要类型有M3C，M7C3，M23C6等。
间隙化合物晶体结构十分复杂，例如Cr23C6具有复杂立方结构，包含92个金属原了，24个碳原子。
现仅以结构稍简单的渗碳体(Fe3C)为例说明之，其晶体结构如图l—41。
属正交晶系，晶胞中共有16个原子，其中铁原子12个．碳原子4个．符合Fe：C＝3：1关系。
铁原子接近密堆排列，碳原子位于其八面体间隙。
间隙化合物的熔点及硬度，见表1—9。
均比间隙相略低，是刚中最常见的强化合相。
(4)拓扑密堆相
拓扑密堆相是由大小不同的原子适当配合，得到全部或主要是四面体间隙的复杂结构。
空间利用率及配位数均很高，由于具有拓扑学特点，故称之为拓扑密堆相，简称TCP相。
许多合金系能形成拉弗斯相如ZrFe2,TiFe2,TiFe2,MoFe,NbCo2,TiCo2,TiC2,ZrCr2等。
一般讲拉弗斯相往往呈针状析出于基体，有时是有害的，但也有个别耐热铁基合金以为其强化相。