【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 () () 體心立方 面心立方 體心立方 陶瓷的例子 ZrO2（氧化鋯） 1180℃ 2370℃ 2680℃ m相 t相 c相 l相 單斜相 950℃ 正方相 立方相 液相 (非晶 ) monoclinic tetragonal cubic liquid 合金相結(jié)構(gòu) (Crystal structure of alloys) 實(shí)際應(yīng)用中的純金屬很少：純銅導(dǎo)線 ， 純金首飾 大量應(yīng)用的是合金 鋼鐵 —— 鐵碳合金 (含其他元素如 Mn, Cr, Ni, Mo) 鋁 —— 鑄鋁（鋁硅合金），形變鋁（防銹鋁，鍛鋁，硬鋁，超硬鋁 —— 鋁和銅、鎂、硅等的合金） 原因：純金屬的性能有局限，合金化可改善性能 純 Fe: ?b約 220MPa, 馬氏體時(shí)效鋼， ?b可達(dá)2022MPa 純 Al: 退火板 ?b=80100MPa, 超硬鋁 ?b可達(dá)500MPa 合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬 ， 經(jīng)熔煉 、 燒結(jié)或其他方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì) 。 例如： 碳鋼 ——鐵碳合金 黃銅 ——銅鋅合金 合金元素的作用：改變成分 ?改變組織結(jié)構(gòu) ?改變性能 合金元素加入 仍保持某組元的結(jié)構(gòu) 保持某組元的結(jié)構(gòu) ,形成新結(jié)構(gòu) 形成與任一組元都不同的新結(jié)構(gòu) 例：室溫下 Fe+%C——?Fe(均一的 A2結(jié)構(gòu) ) Fe+%C——?Fe＋ Fe3C(復(fù)雜的正方結(jié)構(gòu) )——兩種結(jié)構(gòu) ， 兩種成分 ， 兩相 。 少量鹽＋水 —— 鹽水 ， 單相； 大量鹽＋水 —— 鹽水＋鹽 ， 兩相 。 相：合金中具有同一聚集狀態(tài) 、 同一結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的均勻組成部分 。 合金的相結(jié)構(gòu)：固溶體和中間相 固溶體 ? 定義：兩種或多種元素混合所形成的單一結(jié)構(gòu)的結(jié)晶相，其結(jié)構(gòu)與某一組成元素相同。 溶質(zhì)、溶劑？看結(jié)構(gòu)。 固溶體的結(jié)構(gòu)與溶劑相同。 酒精＋水 —— 酒精的水溶液？水的酒精溶液？看重量、看性質(zhì) —— 表現(xiàn)酒精的性質(zhì)。 性能變化： 結(jié)構(gòu)與溶劑相同 , 但點(diǎn)陣常數(shù)有變化 ——點(diǎn)陣畸變 ——性能變化：強(qiáng)度升高，導(dǎo)電性降低 ——導(dǎo)線用純銅。 固溶體的分類 ? 按溶質(zhì)在點(diǎn)陣中的位置： ? 置換固溶體： 溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑結(jié)構(gòu)中的一部分原子位置形成的固溶體 。 ? 間隙固溶體： 溶質(zhì)原子處于溶劑結(jié)構(gòu)中的間隙位置形成的固溶體 。 ? 按溶解度 ? 無(wú)限固溶體 （ 連續(xù)固溶體 ） ： 組元能以任何比例互溶 ， 無(wú)限溶解 ， 成分可從一組元連續(xù)過(guò)渡到另一組元 。 如 CuNi合金 。 ? 有限固溶體 : 溶解度存在一定限度的固溶體 。 ? 如 Zn在 Cu中的溶解度為 39%, 超過(guò)即出現(xiàn)中間相 。 溶解度一般隨溫度降低而減小 。 置換固溶體 固溶體的點(diǎn)陣畸變 溶質(zhì)原子大 ， 周?chē)c(diǎn)陣膨脹 ， 平均點(diǎn)陣常數(shù)增大 。 溶質(zhì)原子小 ， 周?chē)c(diǎn)陣收縮 ， 平均點(diǎn)陣常數(shù)減小 。 間隙固溶體 間隙固溶體的結(jié)構(gòu) 點(diǎn)陣畸變：總是使平均點(diǎn)陣常數(shù)增大 。 某些偏離：除濃度外 ， 溶質(zhì)與溶劑的原子價(jià)的差別 、 電負(fù)性等因素影響 。 維加 (L. Vigard)定律： 固溶體的點(diǎn)陣常數(shù)與溶質(zhì)原子濃度呈線性關(guān)系 。 熱力學(xué)平衡狀態(tài)下 ， 固溶體的溶質(zhì)原子分布：宏觀均勻 ， 微觀不均勻 。 固溶體的溶質(zhì)分布 溶質(zhì)原子在晶體點(diǎn)陣中的位置是隨機(jī)的，呈統(tǒng)計(jì)性分布 —— 任一溶劑原子最近鄰的原子為溶質(zhì)原子的幾率等于溶質(zhì)原子在固溶體中的百分?jǐn)?shù)。 只有在高溫時(shí)才可能接近無(wú)序分布 。 無(wú)序分布 同類原子傾向于聚集在一起成群地分布著 ， 在溶質(zhì)原子偏聚區(qū)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了它在固溶體中的平均原子百分?jǐn)?shù) 。 ? 出現(xiàn)條件： 同類原子的 AA或 BB結(jié)合力較異類原子 AB的結(jié)合力強(qiáng) 。 偏聚 溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中的位置趨向于按一定規(guī)則呈有序分布 ，這種有序分布通常只在短距離小范圍存在 。 ? 出現(xiàn)條件： 異類原子 AB的結(jié)合力比同類原子AA或 BB的結(jié)合力強(qiáng)。 短程有序 結(jié)構(gòu)因素 固溶體的溶解度 :C u , :N i 每個(gè)晶胞中可以有不同數(shù)量的溶劑原子被置換 ， 可形成無(wú)限固溶體 。 組元的晶體結(jié)構(gòu)相同的置換式固溶體才能形成無(wú)限固溶體 。 溶質(zhì)和溶劑原子半徑相對(duì)差小于 15％ 時(shí)才可能形成無(wú)限的或溶解度較大的固溶體 。 原因： 原子尺寸相差越大 ， 局部點(diǎn)陣畸變?cè)酱?，畸變能越高 ， 后續(xù)原子溶入越困難 。 原子尺寸因素 溶質(zhì)原子半徑溶劑原子半徑相差很大 ， 則可能形成間隙固溶體 。 間隙固溶體的溶質(zhì)：非金屬小原子 : H, B, C, N, O, 半徑為 , , , , (nm) 間隙固溶體的溶解度一般較小 ， 不僅與溶質(zhì)原子大小有關(guān) , 還與溶劑的間隙形狀和大小有關(guān) 。 舉例 滲碳體與基體 ?Fe難分離 含碳 %的鐵碳合金 Fe3C(滲碳體 ， 復(fù)雜四方 ,中間相 ） , 結(jié)構(gòu) 不同于 Fe和 C,成分處于純鐵和純碳之間 （ 中間 ） ?Fe (bcc,固溶體 ) 中間相 定義：合金中晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的新相 本質(zhì)：合金組元間的化合物 若由金屬與金屬形成，則稱為金屬間化合物 若由金屬與非金屬形成，則與陶瓷類似 特征：與金屬基體共生，難于分離，一般在金屬中得不到純粹的中間相。 含 40%Zn的 兩相黃銅鑄態(tài)組織 ?固溶體 （ 銅中固溶少量鋅 ） ?中間相 （ CuZn） 純的 ?中間相難于得到 中間相的特點(diǎn)： a. 按一定或大致一定的原子比結(jié)合起來(lái) 。 Fe3C, FexC(x=13) b. 組元原子各占據(jù)一定的點(diǎn)陣位置呈有序排列 。 c. 性能不同于組元 ， 但一般保持金屬特性 。 d. 兩組元在不同條件下可形成不同的中間相 。 CuZn3, Cu5Zn8 正常價(jià)化合物 一般具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，下面幾例是常見(jiàn)類型： NaCl（ 食鹽 ) 原子比符合原子價(jià)規(guī)律的中間相。 如 MgSe， ZnS等 ZnS(纖鋅礦 ) CaF2 (螢石） ZnS(閃鋅礦 ) 電子化合物 (HumeRothery相 ) 合金系 n=21/14 n=21/13 n=21/12 CuZn CuZn Cu5Zn8 CuZn3 CuAl Cu3Al Cu9Al4 Ag5Al3(Cu5Al3?) CuSn Cu5Sn Cu31Sn8 Cu3Sn ?相， A2結(jié)構(gòu) ?相，復(fù)雜立方結(jié)構(gòu) ?相， A3結(jié)構(gòu) 晶體結(jié)構(gòu)由電子濃度決定的化合物 電子濃度 n=e/a=ZAXA+ ZBXB e, a:合金中的總價(jià)電子數(shù)和總原子數(shù) 。 ZA, ZB :組元 A, B的價(jià)電子數(shù)； XA, XB： A, B的摩爾分?jǐn)?shù)。 電子化合物的特點(diǎn) ， 故仍保持金屬的性質(zhì) 。 ， 但尺寸因素及電化學(xué)性質(zhì)等也有影響 。 例： ?相 （ n=3/2） 兩組元原子尺寸相近時(shí)易為A3結(jié)構(gòu) , 相差較大時(shí)易為 A2結(jié)構(gòu) 。 c. 雖有一定的分子式 ， 但實(shí)際成分在一定范圍內(nèi)變化 ， 其電子濃度有一個(gè)范圍 ， 可看成化合物為基的固溶體 。 CuAl, CuSn, CuZn, CuBe………… Ag, Au, Co, Ni, Pd, Fe等合金都發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律 —— 可指導(dǎo)合金設(shè)計(jì) —— 合金設(shè)計(jì)的一個(gè)里程碑 例 1 例 2： NiAl合金中 ， Al含量增大使電子濃度超過(guò) 3/2， 為維持一定的電子濃度 ， 生成大量空位（ 達(dá) 8％ ） ， 保證 ?相的穩(wěn)定 。 溫 Cu M 合金 ( M = S i, Ga , Sn, Z n, A l) 度 ( ? C) ? 相區(qū) e / a = ～ e / a 高溫下 ?相較穩(wěn)定，電子濃度范圍寬 V形相區(qū) 溫度較低時(shí) , 電子濃度范圍窄 ，直至變?yōu)楣潭ㄖ? 間隙相和間隙化合物 大金屬原子和處于其點(diǎn)陣間隙的小非金屬原子形成的化合物。