【正文】 %Cu，25%Au，在390℃）時在緩冷到一定溫度時由無序轉(zhuǎn)化為有序。(3) 有序化轉(zhuǎn)變：有序固溶體 無序固溶體，在一恒溫下轉(zhuǎn)變，該臨界溫度稱為有序化轉(zhuǎn)變溫度。3) 按溶質(zhì)原子在晶格中的分布狀態(tài)分(1) 無序固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格結(jié)點的位置是隨機的，任意的和不固定的。 但并不是所有的置換固溶體都能形成無限固溶體，只有當(dāng)兩組元具有相同的晶格類型，并且原子尺寸相差不大，負電性相近（在元素周期表中比較靠近）時，才可能形成無限固溶體。這樣在高溫時具有較大溶解度的固溶體到低溫時會從中析出新相（多余的溶質(zhì)與部分溶劑所形成）。如間隙固溶體只能是有限固溶體，因為晶格間隙是有限的。(2) 間隙固溶體：是溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格間隙而形成的固溶體，它主是由原子半徑很?。ǎ┑姆墙饘僭貧洹⒀?、氮、碳、硼與金屬元素之間形成。2. 固溶體的分類 固溶體的分類方法很多，下面簡單介紹幾種：1) 按溶質(zhì)原子占據(jù)的位置不同分：(1) 置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格中某些結(jié)點位置而形成的固溶體。1) 溶劑：固溶體中含量較多的并保留原有晶格結(jié)構(gòu)的組元稱為溶劑。固溶體的主要特點是：其晶體結(jié)構(gòu)與溶劑組元的相同；而金屬間化合物的主要特點是其晶體結(jié)構(gòu)與兩組元的結(jié)構(gòu)均不相同，而是一種新的晶體結(jié)構(gòu)。由于組成合金的各組元的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，因此它們在組成合金時，它們之間的相互作用也就不同，所以它們之間可以形成許多不同的相。合金系 由給定的若干組元按不同的比例配制成的一系列不同成分的合金，為一個合金系統(tǒng)，簡稱為合金系。材料的組織是由相組成的，當(dāng)組成相的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布不同時，其組織也就不同。由多個相組成的合金稱為多相合金。167。第二章 二元合金的相結(jié)構(gòu)與相圖由于純金屬的機械性能比較低，很難滿足機械制造業(yè)對材料性能的要求，尤其是一些特殊性能如高強度、耐熱、耐蝕、導(dǎo)磁、低膨脹等的要求，加上它冶煉困難，價格昂貴，所以在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的金屬材料主要是合金。成為具有高性能的新型金屬材料。二. 細化晶粒的途徑 研究發(fā)現(xiàn)有兩個途徑：；；三. 細化晶粒的方法 常用的有以下幾種1. 增大金屬的過冷度因為↑△T，N增大，長大速度也增大，但前者大于后者，故可使晶粒細化，具體方法是對薄壁鑄件用加快冷卻速度的方法，來增大△T，1）金屬模代砂模。167。對于立方晶系各次晶軸間成垂直關(guān)系（沿100生長），如果枝晶在三維空間均衡發(fā)展（即x、y、z三方向長大趨勢差不多）最后得到等軸晶粒，由于通常金屬結(jié)晶完畢時，各次晶軸相互接觸，形成一個充實的晶粒，所以看不到其枝晶形態(tài)。 (2) 在負溫度梯度時按樹枝晶生長、由于在負溫度梯度時，固液界面前沿隨x↑ΔT↑，因此界面上的凸起部分能接解到△T更大的區(qū)域而超前生長，長成一次晶軸，在一次晶軸側(cè)面也會形成負溫度梯度，而長出二次晶軸；二次晶軸上又會生長三次晶軸。2) 純金屬晶體的生長形態(tài)純金屬的固液界面從微觀角度說是粗糙界面，它的生長形態(tài)主要受界面前沿的溫度梯度影響。(1) 正溫度梯度（） (a)，由于液態(tài)金屬在鑄型中冷卻時熱量主要通過型壁散出，故結(jié)晶首先從型壁開始，液態(tài)金屬的熱量和結(jié)晶潛熱都通過型壁和已結(jié)晶固相散出，因此固液界面前沿的溫度隨距離x的增加而升高，即△T隨x↑而↓。b. 晶體缺陷生長機制：(b)或下圖，即在光滑界面上有露頭的螺型位錯，它的存在為液相原子的堆砌提供了臺階（靠背），液相原子可連續(xù)地堆砌，使固液界面進行螺旋狀連續(xù)側(cè)向生長，其長大速度較快，并與實際情況比較接近，非金屬和金屬化合物多為光滑界面，它們多以這種機制進行生長。長滿一層后，晶體生長中斷，等新的二維晶核形成后再繼續(xù)長大，因此它是不連續(xù)側(cè)向生長，長大速度很慢，與實際情況相差較大，(a)。(2) 光滑界面的長大機制——側(cè)向長大機制對于完全光滑的固液界面多以二維晶核機制長大。(b)。(1) 光滑界面：即液固界面是截然分開的，95%或5%的位置為固相原子占據(jù)。 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)晶體的生長方式主要與固液界面的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，而晶體的生長形態(tài)主要與固液界面前沿的溫度梯度有關(guān)。二. 晶體的長大 晶核形成以后就會立刻長大，晶核長大的實質(zhì)就是液態(tài)金屬原子向晶核表面堆砌的過程，也是固液界面向液體中遷移的過程。只有晶核與基底之間的界面能越小時，這樣的基底才能促進異質(zhì)形核。另外，實際液態(tài)金屬中總是或多或小地存在著未熔固體雜質(zhì)，而且在澆注時液態(tài)金屬總是要與模壁接觸，因此實際液態(tài)金屬結(jié)晶時，首先以異質(zhì)形核方式形核。由實驗發(fā)現(xiàn)異質(zhì)形核所需的過冷度小，△T=，就能有效形核?！鱐大，結(jié)晶驅(qū)動力大，但溫度低，原子活動能力小，所以N△T完整的曲線，應(yīng)是正態(tài)分布，但因金屬結(jié)晶傾向很大，實際只能測到曲線的前半部，金屬已經(jīng)結(jié)晶完畢，由于均質(zhì)形核阻力較大，當(dāng)△T=。形核速度的快慢用形核率表示N，它是單位時間內(nèi)單位體中形成的晶核數(shù)目，它與過冷度即結(jié)晶驅(qū)動力大小有關(guān)，還與原了活動能力（擴散穩(wěn)遷移能力）有關(guān)。它形成的具體過程是液態(tài)金屬過冷到某一溫度時，其內(nèi)部尺寸較大的近程有序原子集團達到某一臨界尺寸后成為晶核。 形核和長大一. 形核 液態(tài)金屬在結(jié)晶時，其形核方式一般認為主要有兩種：即均質(zhì)形核（對稱均勻形核）和異質(zhì)形核（又稱非均勻形核）。①當(dāng)T=Tm時，G液=G固，兩相共存；②當(dāng)TTm時，G液G固，金屬熔化成液體；③當(dāng)TTm時，G液G固，金屬結(jié)晶成固體，而△G=G固G液0，為結(jié)晶的驅(qū)動力，由此可知過冷是結(jié)晶的必要條件，△T越大，結(jié)晶驅(qū)動力越大，結(jié)晶速度越快。、固態(tài)金屬的自由能與溫度的關(guān)系曲線，都是單調(diào)減上凸曲線，并且兩者斜率不同，由熱力學(xué)表達式可知液相的斜率大于固相，因為液態(tài)時原子排列的混亂程轉(zhuǎn)度大，S液S固，兩曲線交點的溫度為金屬的理論結(jié)晶溫度即熔點。所以結(jié)晶后為多晶體，如在結(jié)晶時控制好只讓一個晶核形成和長大就可得到單晶體。晶核一旦形成就可不斷地長大，同時其它尺寸較大的短程有序的原子集團又可形成新的晶核。三. 金屬結(jié)晶的微觀基本過程 由于金屬是不透明的，所以無法直接觀察到其結(jié)晶的微觀過程，但通過對透明有機物結(jié)晶過程的觀察，發(fā)現(xiàn)金屬結(jié)晶的微觀過程，就是原子由液態(tài)的短程有序逐漸向固態(tài)的長程有序轉(zhuǎn)變的過程。2. 結(jié)晶過程伴隨潛熱釋放 由純金屬的冷卻曲線可以看出它是在恒溫下結(jié)晶，即隨時間的延長液態(tài)金屬的溫度不降低，這是因為在結(jié)晶時液態(tài)金屬放出結(jié)晶潛熱，補償了液態(tài)金屬向外界散失的熱量，從而維持在恒溫下結(jié)晶。由該曲線可以看出，液態(tài)金屬的結(jié)晶存在著兩個重要的宏觀1. 過冷現(xiàn)象 實際結(jié)晶溫度T總是低于理論結(jié)晶溫度Tm的現(xiàn)象，稱為過冷現(xiàn)象，它們的溫度差稱為過冷度，用△T表示，純金屬結(jié)晶時的△T大小與其本性、純度和冷卻速度等有關(guān)。二. 結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象研究液態(tài)金屬結(jié)晶的最常用、最簡單的方法是熱分析法。而且掌握純金屬的結(jié)晶規(guī)律，對于理解合金的結(jié)晶過程和其固態(tài)相變也有很大的幫助。由金工實習(xí)大家知道絕大多數(shù)金屬材料都是經(jīng)過冶煉后澆鑄成形，即它的原始組織為鑄態(tài)組織。167。它是由相互交叉的螺型位錯網(wǎng)絡(luò)組成，它也造成原子錯排所以是面缺陷。它是由刃型位錯垂直排列成的位錯墻組成，兩亞晶粒之間的位向差雖然很小，但仍然造成了原子錯排，故為面缺陷。亞晶界的兩種特殊形式為對稱傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界。2. 亞晶界亞晶界是亞晶粒與亞晶粒之間的晶界，位向差θ一般為幾十分到幾度。它與小角度晶界的主要差別是具有高的晶界能，并隨兩晶粒位向差的增大而增高，但位向差大于一定值后，晶界能為一定值與位向差無關(guān)，見P12頁圖1,24。~40176。1) 大角度晶界：大角度晶界的原子結(jié)構(gòu)模型，到目前為止還沒有完全搞清楚。）和小角度晶界（θ10176。該過渡層有一定的厚度，為了同時適應(yīng)兩側(cè)不同位向晶粒的過渡，而使過渡層處的原子總是不能規(guī)則排列，產(chǎn)生晶格畸變，所以它是晶體中的一種重要的面缺陷。面缺陷的類型：主要包括晶體的外表面、堆垛層錯、晶界、亞晶界、孿晶界和相界面等。因此晶體中的位錯可以是在凝固過程中形成，也可以在塑性變形時形成。晶體中位錯數(shù)目的多少一般用位錯密度ρ表示，ρ= L/V，是單位晶體中所包含的位錯線總長度，單位為cm /cm3 （1/cm2）。不管是刃型位錯還是螺型位錯，從微觀看都是一個晶格畸變的管道區(qū)，其管道的直徑較小，只有幾個原子間距，而長度較長有幾百到上萬個原子間距，故稱為線缺陷，可用其中心線表示。因此在位錯線周圍產(chǎn)生了嚴重的晶格畸變，這說明位錯不是一個原子列，而是一個晶格畸變“管道”，通常以該管道的中心作為位錯線。通常用符號“⊥”表示正刃型位錯，既在晶體上半部有多余半原子面；而用符號“Т”表示負刃型位錯，既在晶體的下半部有多余半原子面。(2) 刃型位錯：是在完整晶體中的某一個晶面上， 多出了半排原子面，這半排多出的原子面就象刀刃垂直切入完整晶體中一樣，故稱為刃型位錯。1) 位錯的類型(1) 位錯：是晶體中一列或若干列原子，發(fā)生某種有規(guī)律的錯排現(xiàn)象?？瘴缓托≈脫Q原子使其周圍原子向該位置靠攏，產(chǎn)生負畸變；而間隙原子和大置換原子使周圍原子被擠開，產(chǎn)生正畸變。空位、間隙原子、置換原子的存在都破壞了原子排列的規(guī)律性。當(dāng)某一原子某一瞬間具有足夠大的能量時，它將擺脫周圍原子的約束，跳離其原平衡位置（即振動中心），形成空結(jié)點即空位。一般認為組成晶體的原子在晶格結(jié)點上并不是靜止不動的，而是以晶格結(jié)點為中心不停地作熱振動，但受到周圍原子的約束，它只能處在其平衡位置上（即晶格結(jié)點上）。對于純金屬中只能形成空位、同類間隙原子和復(fù)合空位。2. 點缺陷的類型 ，即空位；間隙原子（有同類和異類之分）；置換原子（有大小之分）；復(fù)合空位。由于晶體缺陷在晶體中并不是靜止不動的，它可以隨外界條件的改變進行運動、增加、發(fā)生交互作用和消失，所以它對金屬材料的性能、固態(tài)相變、擴散等過程，將產(chǎn)生重大影響。晶體缺陷晶體缺陷是晶體內(nèi)部存在的一些原子排列不規(guī)則和不完整的微觀區(qū)域，按其幾何尺寸特征，可分為點缺陷、線缺陷和面缺陷三類。在金相顯微鏡下一般如下圖，各小晶?？梢越频乜醋魇且粋€小的單晶體。如理想晶胞在三維空間重復(fù)堆砌就構(gòu)成理想的單晶體。167。由于各晶粒位向不同，因此它們的各向異性相互抵消，表現(xiàn)為各向同性，多晶體的這種現(xiàn)象稱為偽等向性（偽無向性）。3) 多晶體由許多晶核長成的大晶體，因各晶核的原子排列方式相同，而位向不同，因此在各晶核長成的晶粒交界處存在著晶界，所以多晶體由許多晶粒組成。而且發(fā)現(xiàn)單晶體的屈服強度、導(dǎo)磁性、導(dǎo)電性等性能，也存在著明顯的各向異性。2) 各向異性是單晶體沿各不同晶面或晶向具有不同性能的現(xiàn)象。見P8頁第10~。用三個坐標軸確定的晶向指數(shù)和用四個坐標軸確定的晶向指數(shù)，可根據(jù)P8頁下的公式相互轉(zhuǎn)換。而用四個坐標軸確定晶向指數(shù)時，必須從坐標原點出發(fā)，沿平行于四個坐標軸的方向依次移動，最后到達所求晶向上的某一結(jié)點。用四個坐標軸確定六方晶系的晶面指數(shù)的方法，與用三個坐標軸時相同，只需多確定出在a3軸上的截距。這樣可用（hkil）表示晶面指數(shù)，用[uvtw]表示晶向指數(shù)。見P8頁第5~6行。3. 六方晶系晶面和晶向指數(shù)的確定以上介紹的晶面和晶向指數(shù)的確定方法，是國際上通用的密勒指數(shù)法，它適用于各種晶系。以體心立方和面心立方為例，畫圖說明晶面和晶向原子密度的具體計算方法。由晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的介紹，可以發(fā)現(xiàn)不同的晶面和晶向上，原子排列的緊密程度不同。在立方晶系中，當(dāng)晶面指數(shù)與晶向指數(shù)相同時，即h=u, k=v, l=w時（hkl）⊥[uvw]，如（111）⊥[111]。畫圖說明晶向指數(shù)的具體確定方法。如在正交晶系中（100），（010），（001）晶面就不屬于同一個晶面族{100}，因為其晶格常數(shù)a≠b≠c。（111），（11ī），（1ī1），（ī11）就屬于{111}晶面族。如（100），（010），（001）就屬于{100}晶面族。，畫圖說明晶面指數(shù)的具體確定方法。1. 晶面指數(shù)的確定1) 立坐標,找出所求晶面的截距。晶面指數(shù) 表示晶面在晶體中方位的符號。三種典型晶體結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)小結(jié)晶格類型 單位晶胞原子數(shù) 原子半徑γ 配位數(shù) 致密度 間隙半徑 體心立方 2 √ 3/4a 8 面心立方 4 √ 2/4a 12 密排六方 6 1/2a 12 三. 金屬晶體中晶面和晶向的表示晶面 是金屬晶體中原子在任何方位所組成的平面。5) 間隙半徑： 指晶格空隙中能容納的最大球體半徑。3) 配位數(shù)：是晶體結(jié)構(gòu)中任何一原子周圍最近鄰且等距離的原子數(shù)目，配位數(shù)越大，原子排列的越緊密。1) 單位晶胞原子數(shù)：即一個晶胞所含的原子數(shù)目。（c）為密排六方結(jié)構(gòu)，它是在六棱柱體晶胞的十二個頂角上各有一個原子，上下頂面中心各有一個原子，在六棱柱中三個相間的三棱柱中心各有一個原子，屬于這種晶體結(jié)構(gòu)的純金屬有Mg,Zn,Cd等。屬于這種晶體結(jié)構(gòu)的純金屬有αFe,Cr,Mo,W,V等。工業(yè)上常用的金屬絕大多數(shù)具有比較簡單的晶體結(jié)構(gòu)，其中最典型的為體心立方結(jié)構(gòu)（bcc）、面心立方結(jié)構(gòu)（fcc）和密排六方結(jié)構(gòu)（hcp）。因此可以說空間點陣是有限的（只能有14種），而晶體結(jié)構(gòu)是無限的可以有很多種。由于空間點陣上的陣點，可以代表各種不同物質(zhì)的原子、分子或離子，以及原子群、分子群或離子群；所以同一種空間點陣，可以有無限種實際晶體結(jié)構(gòu)。因為晶胞頂角上的每一個陣點屬于八個相鄰晶胞所共有（即8x1/8=1）。其中有7種為簡單晶胞，7種為復(fù)雜晶胞或復(fù)合晶胞。根據(jù)晶胞特征參數(shù)的不同，晶體可分為七大晶系： ，即三斜、單斜、正交、正方、六方、菱方、立方晶系。當(dāng)某一晶胞的晶格常數(shù)a=b=c，α=β=γ=900時，該晶胞稱為立方晶胞。a. 晶格常數(shù)：為晶胞各棱邊