金屬的晶體結(jié)構(gòu)說課完美版課件

金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1第一節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、基本知識晶體里面的原子(或)離子都是在它的平衡位置上不停振動著，但在討論晶體結(jié)構(gòu)時可以假設(shè)它們是一些靜止不動的小球。各種晶體結(jié)構(gòu)就可以看成是這些小球按一些的幾何方式緊密排列堆積而成的。圖2-1a是簡單的立方原子排列示意圖。第一節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、基本知識(一)基本概念1.晶格：晶體結(jié)構(gòu)的“小球”模型雖然很直觀，但仍然不便與表訴晶體內(nèi)部原子排列順序規(guī)率的細節(jié)。我們可以把原子看成是一個幾何質(zhì)點，把原子之間的相互作用假想為幾何直線，這樣一來晶體的結(jié)構(gòu)就可以直接用幾何學來討論了。這種用于描述原子在晶體中排列的三維空間幾何點陣為晶格。圖2-1b是簡單立方晶格的的示意圖。晶格中直線的交點稱為結(jié)點。在運用晶格模型來討論晶體結(jié)構(gòu)時，結(jié)點可以代表一個原子(或離子)，也可以代表一個分子或原子團的中心。(一)基本概念1.晶格：晶體結(jié)構(gòu)的“小球”模型雖然很直觀，但(一)基本概念2晶胞：晶體中原子排列規(guī)律具有明顯的周期變化。因此在晶格中就存在一個能夠代表晶格特征的最小幾何單元，稱之為晶胞。圖2-1c是一個簡單的晶胞示意圖。晶胞在空間的重復(fù)排列就構(gòu)成整個晶格。因此，晶胞的特征就可以反映出晶格和晶體的特征。3晶格參數(shù)與晶格常數(shù)：在晶體學中，用來描述晶胞大小有形狀的幾何參數(shù)稱為晶格參數(shù)。包括晶胞的三個棱邊的長度a,，b，c和三個棱邊夾角。α，β，γ共六個參數(shù)。其中決定晶胞大小的三個棱長又稱為晶格常數(shù)。圖2-1c(一)基本概念2晶胞：晶體中原子排列規(guī)律具有明顯的周期變化(二)金屬中常見的晶格3密排六方晶格：密排六方晶格屬于六方角系。示意見圖2-4。晶格參數(shù)a=b！=c；α=β；γ=120。每個六方晶胞中有六個原子，即1/6×12+1/2×2+3=6個。屬此晶格的金屬有：鎂、鋅、鈹、α鈦、鎘等。

1.體心立方體晶格：體心立方體晶格屬于立方晶系。示意圖見圖2-2。晶格的參數(shù)為a=b=c；α=β=γ=90立方體八角上個有一個原子，體心處有一個原子。每個體心立方體晶胞中的原子個數(shù)為1/8×8+1=2個。屬此晶格的金屬有：鉻、鎢、鉬、釩、鐵、鈦、鈮等2.面心立方體晶格：面心立方體晶格也屬于立方晶系。示意見圖2-3。晶格參數(shù)為a=b=c；α=β=γ=90。在晶胞的八個角上個又一個原子每個面心立方體晶胞個有四個原子，即1/8×8+1/2×6=4個。屬此晶格的金屬有：鐵、鋁、銅、鎳、金、銀、鉑、銠、鉛等(二)金屬中常見的晶格3密排六方晶格：密排六方晶格屬于六方(三)晶格的致密度

晶格的致密度定義是：每個晶胞中原子所占的總體積與晶胞的體積之比。是用來表示晶體中原子排列的緊密程度經(jīng)過計算可知：體心立方體的致密度為0.68；面心立方體和密排六方晶格的致密度都是0.74。(三)晶格的致密度

晶格的致密度定義是：每個晶胞中原子所占的二純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)(一)晶粒和亞晶粒在金屬體中，凡是晶格位向基本一致的區(qū)域，并有邊界與鄰區(qū)分開就稱之為一個晶粒。在顯微鏡下可以看到這些晶粒，其外形成不規(guī)則狀。。它們是些不規(guī)則的外形多面體，見圖2-8。相鄰晶體的晶粒間晶格的位向有明顯差別。晶粒之間的原子排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶界。實際上，晶界就是不同晶格位向的相臨晶粒在原子排列上的過度區(qū)。通常，晶粒尺寸很小，對于鋼鐵材料一般為10-1mm~10-3mm。對于有色金屬其晶粒尺寸一般都比鋼大一些，有的可用眼睛直接看到。如：鍍鋅鋼板表面的鍍鋅層的晶粒尺寸可達到幾毫米到幾十毫米。每個晶粒內(nèi)部，晶格位向也并非完全一樣，而是存在著許多晶格位向差小于2、3的更小的晶塊。這些小晶塊內(nèi)部是完全相同的。這些小晶塊稱為亞晶粒，也稱嵌鑲塊。見圖2-9。亞晶粒間的過度區(qū)稱為亞晶界，也稱小角度晶界。它也是一種原子排列不太規(guī)則的區(qū)域。二純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)(一)晶粒和亞晶粒而且其顯微組織僅用晶粒、晶界來表示也遠為不足，必須引出一些新概念。兩元素負電性愈大，則化學親合的能力也愈大。電子化合物晶格中，各組成元素的原子間多呈無序分布狀態(tài)。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。例如：銅一金合金系中當銅原子數(shù)與金原子數(shù)的比例為1比1或3比1并緩慢冷至室溫時就會出現(xiàn)CuAu或Cu3Au的有序固溶體其晶格結(jié)構(gòu)，見圖2一14它們是些不規(guī)則的外形多面體，見圖2-8。如：鋼鐵中常見的五元素(C、Si、Mn、S、P)與鐵元素的關(guān)系。復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物中的金屬原子和非金屬原子都可以被別的原子所置換，形成以復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物為基的置換固溶體。若固溶體具有體心立方晶格則電子濃度的極限值為1.當把它加熱到一定溫度時就會變成無序固溶體。(5)溫度因素：在一般情況下，固溶體隨溫度升高其溶解度也增加這可能與固溶體晶格上原子的熱振動有關(guān)。相鄰晶體的晶粒間晶格的位向有明顯差別。晶格參數(shù)為a=b=c；二純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)間隙固溶體的溶解度較小。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。有間隙固溶體和置換(代位)固溶體兩大類。電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不是一個固定值，而是可以在一定范圍內(nèi)變化的。如：鍍鋅鋼板表面的鍍鋅層的晶粒尺寸可達到幾毫米到幾十毫米。(二) 晶體中的缺陷1.點缺陷：點缺陷是指以一個點為中心。在它的周圍造成原子排列的不規(guī)則，產(chǎn)生晶格的畸變和內(nèi)應(yīng)力的晶體缺陷。主要有間隙原子，置換原子，晶格空位三種，見圖2-10。在晶格的間隙處出現(xiàn)多余的晶體缺陷稱為間隙原子；在晶格的接點處出現(xiàn)缺少原子的晶體稱為晶體空格；在晶格的結(jié)點處出現(xiàn)的原子直徑不同的異類原子的晶體缺陷稱為置換原子。間隙原子和大徑的置換原子會引起一個以一個點為中心的晶格局部“撐開”現(xiàn)象，稱之為正畸變。而晶格空位和小直徑的置換原子會引起一個點為中心的晶格局部“靠攏”現(xiàn)象，稱之為負畸變。晶體中的點缺陷都是處在不斷的變化和運動中，其位置隨時在變。這是金屬原子擴散的一種主要方式，也是金屬在固態(tài)下“相變”和化學熱處理工藝的基礎(chǔ)。這里說的缺陷不是指晶體的宏觀缺陷，而是指晶體中局部原子排列不規(guī)則的區(qū)域。根據(jù)晶體缺陷的幾何特點和原子對排列不規(guī)則性的影響范圍可分為三大類。而且其顯微組織僅用晶粒、晶界來表示也遠為不足，必須引出一些新(二) 晶體中的缺陷2線缺陷：線缺陷主要是指各種形式的“位錯”。所謂位錯是指晶體中某一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。它引起的晶格錯線為中心軸的一個管狀區(qū)域。位錯有多種。最簡單直觀的一種稱為刃型位錯。它象一個刀刃的切入，故稱刃型位錯，見圖2-11。晶格中的位錯多少，可用位錯密度來表示。位錯密度是指單位體積內(nèi)位錯的錯線長度，量綱為(cm-2)。晶體中的位錯首先是產(chǎn)生于晶體的結(jié)晶過程。晶體材料的內(nèi)部的位錯在相應(yīng)的條件下，可以產(chǎn)生滑移，增值，交割，纏結(jié)，攀移等行為。這對金屬的強度、塑性等力學性能有重要影響。金屬材料(二) 晶體中的缺陷2線缺陷：線缺陷主要是指各種形式的“位(二) 晶體中的缺陷3.面缺陷：晶體的面缺陷，主要是指前述的晶界和亞晶界。面缺陷是由于受到其兩側(cè)的不同晶格位向的晶粒或亞晶粒的影響而使原子呈不規(guī)則排列。原子的位置處于兩晶格的取向所能適應(yīng)的折衷位置上。面缺陷是有一定厚度的原子排列不規(guī)則的過渡帶。其厚度重要取決于相鄰的兩晶?；騺喚Я５木Ц裎幌虿畹拇笮〖熬Ц褡兓募兌?。對于金屬，這個厚度通常在幾個原子間距或到幾百個原子間距大小的范圍內(nèi)變化。面缺陷處的晶格畸變較大，界面處能量高，影響范圍也較大。因此，晶界具有與晶粒內(nèi)部不同的特性。(二) 晶體中的缺陷3.面缺陷：晶體的面缺陷，主要是指前組元：組元是指組成合金的最基本的，獨立存在的物質(zhì)，簡稱元。但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。在合金中金屬化合物的多少。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。晶粒之間的原子排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶界?；衔锏男阅芟嗨疲际怯钟灿执喔呷埸c，見表2－3。當電子濃度為21／14、21／13、21／12時，則分別形成體心立方的電子化合物(β相)、復(fù)雜體心立方的電子化合物(相)，密排立方體(ε相)。2晶胞：晶體中原子排列規(guī)律具有明顯的周期變化。它們之間就易于形成化合物，而不利于形成固溶體，即使形成固溶體其溶解度也很小。正常價化合物化學成分固定，一般不會形成以化合物為基的固溶體。兩元素負電性愈大，則化學親合的能力也愈大。但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。對于金屬，這個厚度通常在幾個原子間距或到幾百個原子間距大小的范圍內(nèi)變化。相：相是指在合金中，凡是化學成分相同，晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其他部分分隔開來的一個均勻區(qū)域。若固溶體具有體心立方晶格則電子濃度的極限值為1.這是一類不遵守原子價規(guī)律而服從電子濃度規(guī)律的化合而成。實際上，晶界就是不同晶格位向的相臨晶粒在原子排列上的過度區(qū)。非金屬化合物在合金中通常都會降低合金的性能，它們的存在愈少愈好。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)，大小和分布。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。它們之間就易于形成化合物，而不利于形成固溶體，即使形成固溶體其溶解度也很小。第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)在機械工程中，由于純金屬本身的力學性能很有限，滿足不了實際的需要。所以，很少使用純金屬制作零部件。而是將它們?nèi)蹮挸珊辖穑瑥亩纳扑麄兊牧W性能，滿足使用需要。所以，在機械工程中大量使用的金屬材料絕大多數(shù)都是合金材料。如：鋼、鑄鐵、黃銅、青銅、硬鋁、鍛鋁等等。由于合金不只是一種化學元素，因此合金的晶體結(jié)構(gòu)要比純金屬復(fù)雜許多。而且其顯微組織僅用晶粒、晶界來表示也遠為不足，必須引出一些新概念。組元：組元是指組成合金的最基本的，獨立存在的物質(zhì)，簡稱元。第一、基本概念5.顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)，大小和分布。1.合金：合金是指由一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素，通過熔煉燒結(jié)的方法所形成的具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。2.組元：組元是指組成合金的最基本的，獨立存在的物質(zhì)，簡稱元。組成合金的各種元素及各種化學元素都是組元。合金中有幾種組元就稱之為幾元合金。3.合金系：合金系是指有相同的組元，而成分比例不同的一系列合金。4.相：相是指在合金中，凡是化學成分相同，晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其他部分分隔開來的一個均勻區(qū)域。一、基本概念5.顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)二合金的金相組織由于合金的各個相的晶體結(jié)構(gòu)是不同的，所以，在合金中，不同的相所在的區(qū)域具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)的合金在液相時各組元之間都能互相溶解形成單一的均勻液相。但是，在固相時各種組元之間相互作用不同，可以形成各種晶體結(jié)構(gòu)和化學成分的相。通常分為固溶體和金屬化合物兩大類。二合金的金相組織由于合金的各個相的晶體結(jié)構(gòu)是不同的，所(一) 固溶體合金結(jié)晶成固態(tài)時，含量少的組元(溶質(zhì))原子分布在含量多的組元(溶劑)晶格中形成一種與溶劑有相同晶格的相，稱為固溶體?？梢姽倘荏w的重要標志是與溶劑有相同晶格。根據(jù)需要固溶體有很多種分類方法。最常用的是按溶質(zhì)固溶體原子在溶劑晶格中的分布位置來分類。有間隙固溶體和置換(代位)固溶體兩大類。見圖2-12和圖2-13。(一) 固溶體合金結(jié)晶成固態(tài)時，含量少的組元(溶質(zhì))原子1．間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑的晶格間隙中所形成的固溶體，稱為間隙固溶體。由于晶格的間隙通常都是很小的，所以，一般都是由原子半徑較小的(＜0.1nm)非金屬元素(如：C、N、B、O等)溶入過渡族金屬中，形成間隙固溶體。例如：鋼中的奧氏作就是C原子團溶到γ-Fe晶格的間隙中形成的固溶體。間隙固溶體對溶質(zhì)溶解都是有限的，所以都是有限固溶體。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的排列是無秩序的，所以也都是無序固濟體。1．間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑的晶格間隙中所形成的固2．置換固溶體

溶質(zhì)原子代替溶劑原子占據(jù)著溶劑晶格結(jié)點位置，而形成的固溶體，稱為置換固溶體。在有色金屬合金中和合金鋼中都存在著置換固溶體。置換固溶體又可分為有限固溶體和無限固溶體兩類。所謂無限固溶體是指固溶體的溶解及是無限的。組成固溶體的兩種元素隨比例不同可以互為溶質(zhì)或溶劑。例如：金一銀合金系就是一種單相的無限的置換固溶體合金。置換固溶體中溶質(zhì)原子的分布一般也是無序分布的，通常也都是無序固溶體。但是，在一定條件下也會出現(xiàn)有序分布。這種固溶體稱為有序固溶體(也稱超結(jié)構(gòu))。例如：銅一金合金系中當銅原子數(shù)與金原子數(shù)的比例為1比1或3比1并緩慢冷至室溫時就會出現(xiàn)CuAu或Cu3Au的有序固溶體其晶格結(jié)構(gòu)，見圖2一142．置換固溶體溶質(zhì)原子代替溶劑原子占據(jù)著溶劑晶格結(jié)點位置有序固溶體，雖然化學元素成比例，但不是化合物。當把它加熱到一定溫度時就會變成無序固溶體。若是把它再緩慢地冷到這個溫度之下又可變?yōu)橛行虻摹＿@個無序到有序的轉(zhuǎn)變過程稱固溶體的有序化。固溶體的有序化也會變化。如：硬度和脆性增加，塑性和電阻率下降等。

有序固溶體，雖然化學元素成比例，但不是化合物。當把它加熱3.固溶體的溶解度溶質(zhì)原子溶于固溶體中的量稱為固溶體的濃度。港質(zhì)在固溶作中的體中的溶解度。不同固溶體的溶解度不相同。同一種固溶體隨溫度溶解度也增加，反之下降。

3.固溶體的溶解度溶質(zhì)原子溶于固溶體中的量稱為固溶體的濃4．影響因溶體的晶體結(jié)構(gòu)和溶解度主要因素目前已被公認的主要因素有：

(1)原子直徑因素：當溶質(zhì)與溶劑的原子直徑相差較小時易形成置換固溶體，而且直徑差愈小，其溶解度也會愈大。這是因為，原子直徑差會引起晶格的畸變，使晶格的畸變能增加。原子直徑差愈大，畸變能增加愈劇。隨著畸變能的增加將使這種固溶體晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。自然這種固溶體本身的存在也就不穩(wěn)定了，這將會導(dǎo)致其它相的形成。但是，若兩種原子直徑差愈小，畸變能增加也愈小，盡管固溶體濃度不斷增加，也不致于因畸變能的原因而引起其晶格結(jié)構(gòu)的改變。這就有可能形成無限固溶體。當溶質(zhì)與溶劑的原子直徑差很大時是不能形成置換回溶體的。但是，卻可以形成間隙固溶體。間隙固溶體的溶解度較小。4．影響因溶體的晶體結(jié)構(gòu)和溶解度主要因素目前已被公認的主要因(2)負電性因素：所謂負電性是指某元素的原子從其它元素原子奪取電子而變成負離子的能力。在元素周期表中，兩種元素的位置距離愈遠，則其負電性差也愈大。兩元素負電性愈大，則化學親合的能力也愈大。它們之間就易于形成化合物，而不利于形成固溶體，即使形成固溶體其溶解度也很小。(2)負電性因素：所謂負電性是指某元素的原子從其它元素原子奪(3)電子濃度因素：在合金中，價電子數(shù)目否與原子數(shù)目n之比稱為電子濃度。對于固溶體來講，當溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)不相同時，隨著溶質(zhì)原子的進入，將使固溶體晶格中的電子濃度以及電子云的分布有所改變。并且，隨著溶入的溶質(zhì)數(shù)量愈多，電子濃度改變愈大。直至達到某一個極限電子濃度時，此固溶體的晶格結(jié)構(gòu)就不穩(wěn)定了。將會出現(xiàn)新的相。可見，每種固港體只能穩(wěn)定的存在于一定的電子濃度范圍之內(nèi)。例如：對于溶劑是一價的，而溶質(zhì)是高于一份的固溶體，若晶格結(jié)構(gòu)是面心立方，其電子濃度的極限值為l.36。若固溶體具有體心立方晶格則電子濃度的極限值為1.48。(3)電子濃度因素：在合金中，價電子數(shù)目否與原子數(shù)目n之比稱對于固溶體來講，當溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)不相同時，隨著溶質(zhì)原子的進入，將使固溶體晶格中的電子濃度以及電子云的分布有所改變。它引起的晶格錯線為中心軸的一個管狀區(qū)域。非金屬化合物在合金中通常都會降低合金的性能，它們的存在愈少愈好?；衔锏男阅芟嗨?，都是又硬又脆高熔點，見表2－3。經(jīng)過計算可知：體心立方體的致密度為0.電子化合物的晶體結(jié)構(gòu)主要取決于電子濃度。在晶格的接點處出現(xiàn)缺少原子的晶體稱為晶體空格；其中間隙相更穩(wěn)定，熔點和硬度也更高。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。3晶格參數(shù)與晶格常數(shù)：在晶體學中，用來描述晶胞大小有形狀的幾何參數(shù)稱為晶格參數(shù)。α，β，γ共六個參數(shù)。通過熱處理及鍛造可以改變金屬化合物在合金中的分布狀況。當把它加熱到一定溫度時就會變成無序固溶體。α，β，γ共六個參數(shù)。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。若彌散均勻分布可提高合金的強度，硬度和耐磨性，但會降低合金的塑性和韌性。絕大多數(shù)的合金在液相時各組元之間都能互相溶解形成單一的均勻液相。面缺陷：晶體的面缺陷，主要是指前述的晶界和亞晶界。在晶格的結(jié)點處出現(xiàn)的原子直徑不同的異類原子的晶體缺陷稱為置換原子。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的排列是無秩序的，所以也都是無序固濟體。2線缺陷：線缺陷主要是指各種形式的“位錯”。兩元素負電性愈大，則化學親合的能力也愈大。(5)溫度因素：在一般情況下，固溶體隨溫度升高其溶解度也增加這可能與固溶體晶格上原子的熱振動有關(guān)。

(4)晶體結(jié)構(gòu)因素：在多數(shù)的情況下，晶格類型相同的元素之間溶解度較大。晶格類型不同的元素之間溶解度較小。無限固溶作只能產(chǎn)生于相同晶格結(jié)構(gòu)的元素之間。對于固溶體來講，當溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)不相同時，隨著上述五種因素的綜合作用決定了固溶體的種類及其溶解度的大小。如：鋼鐵中常見的五元素(C、Si、Mn、S、P)與鐵元素的關(guān)系。C原子半徑較小(0.077nm)與過渡族元素Fe在一定的條件下能形成間隙固溶體。C固溶到體心立方的-Fe中形成的間隙固溶體(鐵素體)，室溫時的溶解度很小(0.0008%)近于零。當溫度升高到727°C時獲得最大溶解度為0.02%。C固溶到面心立方的-Fe中所形成的間隙固溶體(奧氏體)最大溶解度可達2.11%。Si、Mn、S、P的原子直徑遠大于C原子的。因而與Fe只能形成置換固溶體。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。尤其是S，它的原子直徑與Fe原子直徑差約為18%，既不非常大，也不非常小，再加上負電性相差也很大，所以，S幾乎不溶于Fe，但與Fe易形成有害化合物FeS。

小結(jié)上述五種因素的綜合作用決定了固溶體的種類及其溶解度的大小5．固溶體的性能當溶質(zhì)含量極少時，固溶體的性能與溶劑金屬基本相同。隨著溶質(zhì)含量的升高，通常都會使固溶體的強度、硬度升高；塑性、韌性下降；電阻率、磁矯頑力升高。通常把溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象稱之為固溶強化。固溶強化是金屬材料的一種重要的強化途徑。如果適當控制港質(zhì)的濃度，可以在顯著提高金屬材料強度和硬度的同時，仍可以保持相當好的塑性和韌性。工業(yè)上使用的金屬材料多數(shù)都是單相固溶體合金和以固溶體為基體的多相合金。5．固溶體的性能當溶質(zhì)含量極少時，固溶體的性能與溶劑金屬當然僅靠固溶強化來提高金屬材料的強度和硬度還是很有限的。但是可以在固溶強化工基礎(chǔ)上再適當配合其它強化手段，就會使金屬材料起到所需的各種強韌巨。其它強化方法要還有：細晶強化、第二相彌散強化、熱處理相變強化、加工硬化等。這些強化方法將教材后面的內(nèi)容中陸續(xù)介紹。

當然僅靠固溶強化來提高金屬材料的強度和硬度還是很有限的。(二)金屬化合物在合金中，當溶質(zhì)組元的質(zhì)量分數(shù)超過固溶體的溶解度將會產(chǎn)生新相。這個新相可能以另一組元為溶劑的另一種固溶體。也可能產(chǎn)生一種晶格結(jié)構(gòu)不同于任一組元的化合物。如鋼中的Fe3C、FeS、MnS；黃銅中的相(CuZn)等。若化合物的結(jié)合鍵中有一定程度的金屬鍵，則該化合物就具有一定的金屬性質(zhì)。這種具有金屬性質(zhì)的化合物被稱之為金屬化合物。如：Fe3C、CuZn就是金屬化合物。而FeS、MnS主要是離子鍵結(jié)合，沒有金屬性質(zhì)稱為非金屬化合物。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。非金屬化合物在合金中通常都會降低合金的性能，它們的存在愈少愈好。非金屬化合物常被稱為非金屬夾雜物，簡稱夾雜。(二)金屬化合物在合金中，當溶質(zhì)組元的質(zhì)量分數(shù)超過固溶體金屬化合物一般都具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)、熔點高、硬而脆。在合金中金屬化合物的多少。形態(tài)、大小、分布的方式等對合金的性能有不同的影響。若彌散均勻分布可提高合金的強度，硬度和耐磨性，但會降低合金的塑性和韌性。若以網(wǎng)狀或大塊條狀分布，則會嚴重降低合金的各種力學性能。通過熱處理及鍛造可以改變金屬化合物在合金中的分布狀況。按照金屬化合物形成的條件可分為三大類：金屬化合物一般都具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)、熔點高、硬而脆。在合1．正常價化合物這是一種符合化合物原子價規(guī)律，成分固定并有嚴格分子式的金屬化合物。通常由在元素周期表上相距較遠、電化學性質(zhì)相差很大的兩種元素化合而成。例如：強金屬元素與非金屬或類金屬元素(Sb、Bi、Sn、Ph等)形成的化合物Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb等。正常價化合物化學成分固定，一般不會形成以化合物為基的固溶體。它常被用作鋁合金、青銅等材料的強化相。1．正常價化合物這是一種符合化合物原子價規(guī)律，成分固定并2.電子化合物這是一類不遵守原子價規(guī)律而服從電子濃度規(guī)律的化合而成。當電子濃度為21／14、21／13、21／12時，則分別形成體心立方的電子化合物(β相)、復(fù)雜體心立方的電子化合物(相)，密排立方體(ε相)。見表2-2。電子化合物的晶體結(jié)構(gòu)主要取決于電子濃度。但是，元素的原子直徑和電化學性質(zhì)等因素也對晶格結(jié)構(gòu)類型有影響。例如：當組成電子化合物的兩元素的原子直徑差很小時，電子濃度為21／14的電子化合物的晶格結(jié)構(gòu)除體心立方外，還可能是密排六方結(jié)構(gòu)。2.電子化合物這是一類不遵守原子價規(guī)律而服從電子濃度電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不是一個固定值，而是可以在一定范圍內(nèi)變化的。例如：電子化合物CuZn中Zn的質(zhì)量分數(shù)可以變化的范圍是由36.8%到56.5%。這種化學成分不是化學式中標稱值的電子化合物，被稱為是以這種電子化合物為基的固溶體。其性能與相應(yīng)的電子化合物相同。電子化合物及其固溶體都是金屬鍵結(jié)合，具有明顯的金屬特性，并且溶點、硬度均較高，塑性很低。在合金中一般不作為基體相，而是以彌散分布的第二相形式來強化合金。在有色金屬合金中，它常作為一種強化相與基體的固溶體相相互配合來調(diào)整合金的性能。電子化合物晶格中，各組成元素的原子間多呈無序分布狀態(tài)。但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不這是一種以原子直徑較大的過渡族金屬與原子直徑很小的非金屬原子組成的化合物。非金屬原子有規(guī)則的嵌入金屬元素晶格的間隙中，所以稱為間隙化合物。3．間隙化合物它可分為兩類：

這是一種以原子直徑較大的過渡族金屬與原子直徑很小的非金屬(1)間隙相當非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值小于0.59時，形成簡單晶格的間隙化合物，稱間隙相。從表2－1中可見非金屬元素碳的原子直徑為0.154nm，而金屬元素鈦的原子直徑為0.293nm。它們的比值小于0.59，所以形成的間隙化合物TiC就是一種間隙相。其晶格結(jié)構(gòu)見圖2－15。從圖上可見Ti原子處與面心立方體的結(jié)點上，而C原子處于晶格的間隙中。過渡族金屬的氮化物，氫化物及部分化物都是間隙相。如：W2C，TiC，TiN，F(xiàn)e4N，Nb4C，F(xiàn)e2N，Ti，TiH2。(1)間隙相當非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值小于0.59時間隙相都可以寫成固定原子比的化學式形式：M4X、M2X、MX、MX2，M代表過渡族金屬元素，X代表非金屬元素C、N、H。但是，在間隙相中兩種元素的原子數(shù)量之比實際上可從在一定范圍內(nèi)變化。例如：TiC中的金屬Ti的原子數(shù)量與非金屬C的原子數(shù)量比可由Ti2C到TiC之間變化形成間隙缺位固溶體。間隙相中除MX型中的氮化物是體心立方體晶格，WC，MoN是簡單六方晶格及M2X型多是密排六方晶格，其余都是面心立方晶格。間隙相都可以寫成固定原子比的化學式形式：M4X、M2X、電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不是一個固定值，而是可以在一定范圍內(nèi)變化的。晶胞在空間的重復(fù)排列就構(gòu)成整個晶格。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的排列是無秩序的，所以也都是無序固濟體。根據(jù)晶體缺陷的幾何特點和原子對排列不規(guī)則性的影響范圍可分為三大類。小結(jié)化合物的性能相似，都是又硬又脆高熔點，見表2－3。若彌散均勻分布可提高合金的強度，硬度和耐磨性，但會降低合金的塑性和韌性。例如：強金屬元素與非金屬或類金屬元素(Sb、Bi、Sn、Ph等)形成的化合物Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb等。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。間隙固溶體對溶質(zhì)溶解都是有限的，所以都是有限固溶體。通常由在元素周期表上相距較遠、電化學性質(zhì)相差很大的兩種元素化合而成。這個新相可能以另一組元為溶劑的另一種固溶體。晶格參數(shù)為a=b=c；但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。晶體中的點缺陷都是處在不斷的變化和運動中，其位置隨時在變。通常把溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象稱之為固溶強化。亞晶粒間的過度區(qū)稱為亞晶界，也稱小角度晶界。電子化合物晶格中，各組成元素的原子間多呈無序分布狀態(tài)。Si、Mn、S、P的原子直徑遠大于C原子的。當把它加熱到一定溫度時就會變成無序固溶體。在晶格的接點處出現(xiàn)缺少原子的晶體稱為晶體空格；如：Fe3C、CuZn就是金屬化合物。(2)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物當非金屬原子直徑與金晶原子直徑之比大于0.59則不能產(chǎn)生間隙相，而產(chǎn)生復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。過渡族金屬的硼化物及部分碳化物都是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。在鋼鐵材料中，常見的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物有Fe3C、FeB、Cr23C6、Cr7C3等。Fe3C是碳素鋼中重要的強化相。其晶格結(jié)構(gòu)，見圖2－16。是由碳原子組成的正交晶格(α=β=γ=90，a≠b≠c)，每個碳原子周圍都配有六個鐵原子，并組成一個八面體。八面體內(nèi)只有一個碳原子，而八面體上的每個鐵原子只有一半屬于這個八面體。所以保證了Fe與C的原子數(shù)比為3／1。形成較穩(wěn)定的Fe3C金屬化合物。電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不是一復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物中的金屬原子和非金屬原子都可以被別的原子所置換，形成以復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物為基的置換固溶體。例如：Mn或Cr置換滲碳體Fe3C中的部分Fe原子，則形成(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C等合金滲碳體；再如N或B置換部分C原子，則形成Fe3(C、N)、Fe3(C、B)等合金滲碳體。復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物置換固溶體與相應(yīng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。化合物的性能相似，都是又硬又脆高熔點，見表2－3。形成間隙化合物的過渡族元素的d層電子數(shù)愈少與碳的親合力就愈強，形成的化合物也愈穩(wěn)定。其中間隙相更穩(wěn)定，熔點和硬度也更高。間隙相TiC的硬度最高，可達2850HV左右，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物Fe3C硬度最小，約為860HV左右。過渡族中鉆、鎳等元素d層電子較多，不生成碳化物。

返回復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物中的金屬原子和非金屬原子都可以被別的原子所晶格、晶胞返回晶格、晶胞返回晶格、晶胞返回晶格、晶胞返回晶格、晶胞返回晶格、晶胞返回體心立方返回體心立方返回面心立方返回面心立方返回對于金屬，這個厚度通常在幾個原子間距或到幾百個原子間距大小的范圍內(nèi)變化。3晶格參數(shù)與晶格常數(shù)：在晶體學中，用來描述晶胞大小有形狀的幾何參數(shù)稱為晶格參數(shù)。實際上，晶界就是不同晶格位向的相臨晶粒在原子排列上的過度區(qū)。(1)原子直徑因素：當溶質(zhì)與溶劑的原子直徑相差較小時易形成置換固溶體，而且直徑差愈小，其溶解度也會愈大。例如：銅一金合金系中當銅原子數(shù)與金原子數(shù)的比例為1比1或3比1并緩慢冷至室溫時就會出現(xiàn)CuAu或Cu3Au的有序固溶體其晶格結(jié)構(gòu)，見圖2一14黃銅中的相(CuZn)等。在晶胞的八個角上個又一個原子每個面心立方體晶胞個有四個原子，即1/8×8+1/2×6=4個。復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物置換固溶體與相應(yīng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。最簡單直觀的一種稱為刃型位錯。可見，每種固港體只能穩(wěn)定的存在于一定的電子濃度范圍之內(nèi)。因此，晶胞的特征就可以反映出晶格和晶體的特征。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。這個無序到有序的轉(zhuǎn)變過程稱固溶體的有序化。這對金屬的強度、塑性等力學性能有重要影響。例如：鋼中的奧氏作就是C原子團溶到γ-Fe晶格的間隙中形成的固溶體。黃銅中的相(CuZn)等。非金屬化合物在合金中通常都會降低合金的性能，它們的存在愈少愈好。C固溶到體心立方的-Fe中形成的間隙固溶體(鐵素體)，室溫時的溶解度很小(0.例如：Mn或Cr置換滲碳體Fe3C中的部分Fe原子，則形成(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C等合金滲碳體；其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。原子直徑差愈大，畸變能增加愈劇。化合物的性能相似，都是又硬又脆高熔點，見表2－3。密排立方返回對于金屬，這個厚度通常在幾個原子間距或到幾百個原子間距大小的晶粒與晶界返回晶粒與晶界返回亞晶粒與亞晶界返回亞晶粒與亞晶界返回點缺陷返回點缺陷返回線缺陷返回刃型位錯示意圖線缺陷返回刃型位錯示意圖間隙固溶體返回間隙固溶體返回置換固溶體返回置換固溶體返回返回返回合金中常見化合物及結(jié)構(gòu)返回合金中常見化合物及結(jié)構(gòu)返回元素周期表返回元素周期表返回間隙相碳化鈦返回間隙相碳化鈦返回返回返回二純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)而且其顯微組織僅用晶粒、晶界來表示也遠為不足，必須引出一些新概念。非金屬原子有規(guī)則的嵌入金屬元素晶格的間隙中，所以稱為間隙化合物。晶體材料的內(nèi)部的位錯在相應(yīng)的條件下，可以產(chǎn)生滑移，增值，交割，纏結(jié)，攀移等行為。間隙固溶體對溶質(zhì)溶解都是有限的，所以都是有限固溶體。(1)原子直徑因素：當溶質(zhì)與溶劑的原子直徑相差較小時易形成置換固溶體，而且直徑差愈小，其溶解度也會愈大。因此，晶胞的特征就可以反映出晶格和晶體的特征。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的排列是無秩序的，所以也都是無序固濟體。C固溶到體心立方的-Fe中形成的間隙固溶體(鐵素體)，室溫時的溶解度很小(0.晶格：晶體結(jié)構(gòu)的“小球”模型雖然很直觀，但仍然不便與表訴晶體內(nèi)部原子排列順序規(guī)率的細節(jié)。晶體中的點缺陷都是處在不斷的變化和運動中，其位置隨時在變。電子化合物晶格中，各組成元素的原子間多呈無序分布狀態(tài)。(2)負電性因素：所謂負電性是指某元素的原子從其它元素原子奪取電子而變成負離子的能力。非金屬化合物在合金中通常都會降低合金的性能，它們的存在愈少愈好。由于合金的各個相的晶體結(jié)構(gòu)是不同的，所以，在合金中，不同的相所在的區(qū)域具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。它們是些不規(guī)則的外形多面體，見圖2-8。如：硬度和脆性增加，塑性和電阻率下降等。α=β=γ=90立方體八角上個有一個原子，體心處有一個原子。α，β，γ共六個參數(shù)。屬此晶格的金屬有：鉻、鎢、鉬、釩、鐵、鈦、鈮等若彌散均勻分布可提高合金的強度，硬度和耐磨性，但會降低合金的塑性和韌性。1nm)非金屬元素(如：C、N、B、O等)溶入過渡族金屬中，形成間隙固溶體。在運用晶格模型來討論晶體結(jié)構(gòu)時，結(jié)點可以代表一個原子(或離子)，也可以代表一個分子或原子團的中心。這種固溶體稱為有序固溶體(也稱超結(jié)構(gòu))。相：相是指在合金中，凡是化學成分相同，晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其他部分分隔開來的一個均勻區(qū)域。晶胞在空間的重復(fù)排列就構(gòu)成整個晶格。α，β，γ共六個參數(shù)。而晶格空位和小直徑的置換原子會引起一個點為中心的晶格局部“靠攏”現(xiàn)象，稱之為負畸變。屬此晶格的金屬有：鐵、鋁、銅、鎳、金、銀、鉑、銠、鉛等由于合金的各個相的晶體結(jié)構(gòu)是不同的，所以，在合金中，不同的相所在的區(qū)域具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。相：相是指在合金中，凡是化學成分相同，晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其他部分分隔開來的一個均勻區(qū)域。如果適當控制港質(zhì)的濃度，可以在顯著提高金屬材料強度和硬度的同時，仍可以保持相當好的塑性和韌性。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。晶體中的點缺陷都是處在不斷的變化和運動中，其位置隨時在變。通常把溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象稱之為固溶強化。它們是些不規(guī)則的外形多面體，見圖2-8。這些小晶塊稱為亞晶粒，也稱嵌鑲塊。原子直徑差愈大，畸變能增加愈劇。例如：對于溶劑是一價的，而溶質(zhì)是高于一份的固溶體，若晶格結(jié)構(gòu)是面心立方，其電子濃度的極限值為l.組元：組元是指組成合金的最基本的，獨立存在的物質(zhì)，簡稱元。但是，在一定條件下也會出現(xiàn)有序分布。對于金屬，這個厚度通常在幾個原子間距或到幾百個原子間距大小的范圍內(nèi)變化。所謂位錯是指晶體中某一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。在晶格的接點處出現(xiàn)缺少原子的晶體稱為晶體空格；在運用晶格模型來討論晶體結(jié)構(gòu)時，結(jié)點可以代表一個原子(或離子)，也可以代表一個分子或原子團的中心。從表2－1中可見非金屬元素碳的原子直徑為0.從圖上可見Ti原子處與面心立方體的結(jié)點上，而C原子處于晶格的間隙中。這是因為，原子直徑差會引起晶格的畸變，使晶格的畸變能增加。合金：合金是指由一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素，通過熔煉燒結(jié)的方法所形成的具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。1nm)非金屬元素(如：C、N、B、O等)溶入過渡族金屬中，形成間隙固溶體。屬此晶格的金屬有：鎂、鋅、鈹、α鈦、鎘等。復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物中的金屬原子和非金屬原子都可以被別的原子所置換，形成以復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物為基的置換固溶體。而晶格空位和小直徑的置換原子會引起一個點為中心的晶格局部“靠攏”現(xiàn)象，稱之為負畸變。金屬化合物一般都具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)、熔點高、硬而脆。在鋼鐵材料中，常見的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物有Fe3C、FeB、Cr23C6、Cr7C3等。但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。絕大多數(shù)的合金在液相時各組元之間都能互相溶解形成單一的均勻液相。在合金中，當溶質(zhì)組元的質(zhì)量分數(shù)超過固溶體的溶解度將會產(chǎn)生新相。再如N或B置換部分C原子，則形成Fe3(C、N)、Fe3(C、B)等合金滲碳體。晶體中的點缺陷都是處在不斷的變化和運動中，其位置隨時在變。但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。形態(tài)、大小、分布的方式等對合金的性能有不同的影響。經(jīng)過計算可知：體心立方體的致密度為0.間隙相都可以寫成固定原子比的化學式形式：M4X、M2X、MX、MX2，M代表過渡族金屬元素，X代表非金屬元素C、N、H。再如N或B置換部分C原子，則形成Fe3(C、N)、Fe3(C、B)等合金滲碳體。電子化合物晶格中，各組成元素的原子間多呈無序分布狀態(tài)。間隙固溶體對溶質(zhì)溶解都是有限的，所以都是有限固溶體。從圖上可見Ti原子處與面心立方體的結(jié)點上，而C原子處于晶格的間隙中。這個無序到有序的轉(zhuǎn)變過程稱固溶體的有序化。置換固溶體又可分為有限固溶體和無限固溶體兩類。它們是些不規(guī)則的外形多面體，見圖2-8。亞晶粒間的過度區(qū)稱為亞晶界，也稱小角度晶界。例如：鋼中的奧氏作就是C原子團溶到γ-Fe晶格的間隙中形成的固溶體。通常把溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象稱之為固溶強化。若固溶體具有體心立方晶格則電子濃度的極限值為1.例如：銅一金合金系中當銅原子數(shù)與金原子數(shù)的比例為1比1或3比1并緩慢冷至室溫時就會出現(xiàn)CuAu或Cu3Au的有序固溶體其晶格結(jié)構(gòu)，見圖2一14這些強化方法將教材后面的內(nèi)容中陸續(xù)介紹。工業(yè)上使用的金屬材料多數(shù)都是單相固溶體合金和以固溶體為基體的多相合金。其中決定晶胞大小的三個棱長又稱為晶格常數(shù)。如果適當控制港質(zhì)的濃度，可以在顯著提高金屬材料強度和硬度的同時，仍可以保持相當好的塑性和韌性。晶體里面的原子(或)離子都是在它的平衡位置上不停振動著，但在討論晶體結(jié)構(gòu)時可以假設(shè)它們是一些靜止不動的小球。當把它加熱到一定溫度時就會變成無序固溶體。如：W2C，TiC，TiN，F(xiàn)e4N，Nb4C，F(xiàn)e2N，Ti，TiH2。(4)晶體結(jié)構(gòu)因素：在多數(shù)的情況下，晶格類型相同的元素之間溶解度較大。相：相是指在合金中，凡是化學成分相同，晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其他部分分隔開來的一個均勻區(qū)域。可見，每種固港體只能穩(wěn)定的存在于一定的電子濃度范圍之內(nèi)。謝謝觀看！二純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)1nm)非金屬元素(如：C、N、B金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)54第一節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、基本知識晶體里面的原子(或)離子都是在它的平衡位置上不停振動著，但在討論晶體結(jié)構(gòu)時可以假設(shè)它們是一些靜止不動的小球。各種晶體結(jié)構(gòu)就可以看成是這些小球按一些的幾何方式緊密排列堆積而成的。圖2-1a是簡單的立方原子排列示意圖。第一節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、基本知識(一)基本概念1.晶格：晶體結(jié)構(gòu)的“小球”模型雖然很直觀，但仍然不便與表訴晶體內(nèi)部原子排列順序規(guī)率的細節(jié)。我們可以把原子看成是一個幾何質(zhì)點，把原子之間的相互作用假想為幾何直線，這樣一來晶體的結(jié)構(gòu)就可以直接用幾何學來討論了。這種用于描述原子在晶體中排列的三維空間幾何點陣為晶格。圖2-1b是簡單立方晶格的的示意圖。晶格中直線的交點稱為結(jié)點。在運用晶格模型來討論晶體結(jié)構(gòu)時，結(jié)點可以代表一個原子(或離子)，也可以代表一個分子或原子團的中心。(一)基本概念1.晶格：晶體結(jié)構(gòu)的“小球”模型雖然很直觀，但(一)基本概念2晶胞：晶體中原子排列規(guī)律具有明顯的周期變化。因此在晶格中就存在一個能夠代表晶格特征的最小幾何單元，稱之為晶胞。圖2-1c是一個簡單的晶胞示意圖。晶胞在空間的重復(fù)排列就構(gòu)成整個晶格。因此，晶胞的特征就可以反映出晶格和晶體的特征。3晶格參數(shù)與晶格常數(shù)：在晶體學中，用來描述晶胞大小有形狀的幾何參數(shù)稱為晶格參數(shù)。包括晶胞的三個棱邊的長度a,，b，c和三個棱邊夾角。α，β，γ共六個參數(shù)。其中決定晶胞大小的三個棱長又稱為晶格常數(shù)。圖2-1c(一)基本概念2晶胞：晶體中原子排列規(guī)律具有明顯的周期變化(二)金屬中常見的晶格3密排六方晶格：密排六方晶格屬于六方角系。示意見圖2-4。晶格參數(shù)a=b！=c；α=β；γ=120。每個六方晶胞中有六個原子，即1/6×12+1/2×2+3=6個。屬此晶格的金屬有：鎂、鋅、鈹、α鈦、鎘等。

1.體心立方體晶格：體心立方體晶格屬于立方晶系。示意圖見圖2-2。晶格的參數(shù)為a=b=c；α=β=γ=90立方體八角上個有一個原子，體心處有一個原子。每個體心立方體晶胞中的原子個數(shù)為1/8×8+1=2個。屬此晶格的金屬有：鉻、鎢、鉬、釩、鐵、鈦、鈮等2.面心立方體晶格：面心立方體晶格也屬于立方晶系。示意見圖2-3。晶格參數(shù)為a=b=c；α=β=γ=90。在晶胞的八個角上個又一個原子每個面心立方體晶胞個有四個原子，即1/8×8+1/2×6=4個。屬此晶格的金屬有：鐵、鋁、銅、鎳、金、銀、鉑、銠、鉛等(二)金屬中常見的晶格3密排六方晶格：密排六方晶格屬于六方(三)晶格的致密度

晶格的致密度定義是：每個晶胞中原子所占的總體積與晶胞的體積之比。是用來表示晶體中原子排列的緊密程度經(jīng)過計算可知：體心立方體的致密度為0.68；面心立方體和密排六方晶格的致密度都是0.74。(三)晶格的致密度

晶格的致密度定義是：每個晶胞中原子所占的二純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)(一)晶粒和亞晶粒在金屬體中，凡是晶格位向基本一致的區(qū)域，并有邊界與鄰區(qū)分開就稱之為一個晶粒。在顯微鏡下可以看到這些晶粒，其外形成不規(guī)則狀。。它們是些不規(guī)則的外形多面體，見圖2-8。相鄰晶體的晶粒間晶格的位向有明顯差別。晶粒之間的原子排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶界。實際上，晶界就是不同晶格位向的相臨晶粒在原子排列上的過度區(qū)。通常，晶粒尺寸很小，對于鋼鐵材料一般為10-1mm~10-3mm。對于有色金屬其晶粒尺寸一般都比鋼大一些，有的可用眼睛直接看到。如：鍍鋅鋼板表面的鍍鋅層的晶粒尺寸可達到幾毫米到幾十毫米。每個晶粒內(nèi)部，晶格位向也并非完全一樣，而是存在著許多晶格位向差小于2、3的更小的晶塊。這些小晶塊內(nèi)部是完全相同的。這些小晶塊稱為亞晶粒，也稱嵌鑲塊。見圖2-9。亞晶粒間的過度區(qū)稱為亞晶界，也稱小角度晶界。它也是一種原子排列不太規(guī)則的區(qū)域。二純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)(一)晶粒和亞晶粒而且其顯微組織僅用晶粒、晶界來表示也遠為不足，必須引出一些新概念。兩元素負電性愈大，則化學親合的能力也愈大。電子化合物晶格中，各組成元素的原子間多呈無序分布狀態(tài)。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。例如：銅一金合金系中當銅原子數(shù)與金原子數(shù)的比例為1比1或3比1并緩慢冷至室溫時就會出現(xiàn)CuAu或Cu3Au的有序固溶體其晶格結(jié)構(gòu)，見圖2一14它們是些不規(guī)則的外形多面體，見圖2-8。如：鋼鐵中常見的五元素(C、Si、Mn、S、P)與鐵元素的關(guān)系。復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物中的金屬原子和非金屬原子都可以被別的原子所置換，形成以復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物為基的置換固溶體。若固溶體具有體心立方晶格則電子濃度的極限值為1.當把它加熱到一定溫度時就會變成無序固溶體。(5)溫度因素：在一般情況下，固溶體隨溫度升高其溶解度也增加這可能與固溶體晶格上原子的熱振動有關(guān)。相鄰晶體的晶粒間晶格的位向有明顯差別。晶格參數(shù)為a=b=c；二純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)間隙固溶體的溶解度較小。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。有間隙固溶體和置換(代位)固溶體兩大類。電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不是一個固定值，而是可以在一定范圍內(nèi)變化的。如：鍍鋅鋼板表面的鍍鋅層的晶粒尺寸可達到幾毫米到幾十毫米。(二) 晶體中的缺陷1.點缺陷：點缺陷是指以一個點為中心。在它的周圍造成原子排列的不規(guī)則，產(chǎn)生晶格的畸變和內(nèi)應(yīng)力的晶體缺陷。主要有間隙原子，置換原子，晶格空位三種，見圖2-10。在晶格的間隙處出現(xiàn)多余的晶體缺陷稱為間隙原子；在晶格的接點處出現(xiàn)缺少原子的晶體稱為晶體空格；在晶格的結(jié)點處出現(xiàn)的原子直徑不同的異類原子的晶體缺陷稱為置換原子。間隙原子和大徑的置換原子會引起一個以一個點為中心的晶格局部“撐開”現(xiàn)象，稱之為正畸變。而晶格空位和小直徑的置換原子會引起一個點為中心的晶格局部“靠攏”現(xiàn)象，稱之為負畸變。晶體中的點缺陷都是處在不斷的變化和運動中，其位置隨時在變。這是金屬原子擴散的一種主要方式，也是金屬在固態(tài)下“相變”和化學熱處理工藝的基礎(chǔ)。這里說的缺陷不是指晶體的宏觀缺陷，而是指晶體中局部原子排列不規(guī)則的區(qū)域。根據(jù)晶體缺陷的幾何特點和原子對排列不規(guī)則性的影響范圍可分為三大類。而且其顯微組織僅用晶粒、晶界來表示也遠為不足，必須引出一些新(二) 晶體中的缺陷2線缺陷：線缺陷主要是指各種形式的“位錯”。所謂位錯是指晶體中某一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。它引起的晶格錯線為中心軸的一個管狀區(qū)域。位錯有多種。最簡單直觀的一種稱為刃型位錯。它象一個刀刃的切入，故稱刃型位錯，見圖2-11。晶格中的位錯多少，可用位錯密度來表示。位錯密度是指單位體積內(nèi)位錯的錯線長度，量綱為(cm-2)。晶體中的位錯首先是產(chǎn)生于晶體的結(jié)晶過程。晶體材料的內(nèi)部的位錯在相應(yīng)的條件下，可以產(chǎn)生滑移，增值，交割，纏結(jié)，攀移等行為。這對金屬的強度、塑性等力學性能有重要影響。金屬材料(二) 晶體中的缺陷2線缺陷：線缺陷主要是指各種形式的“位(二) 晶體中的缺陷3.面缺陷：晶體的面缺陷，主要是指前述的晶界和亞晶界。面缺陷是由于受到其兩側(cè)的不同晶格位向的晶?；騺喚Я５挠绊懚乖映什灰?guī)則排列。原子的位置處于兩晶格的取向所能適應(yīng)的折衷位置上。面缺陷是有一定厚度的原子排列不規(guī)則的過渡帶。其厚度重要取決于相鄰的兩晶?；騺喚Я５木Ц裎幌虿畹拇笮〖熬Ц褡兓募兌?。對于金屬，這個厚度通常在幾個原子間距或到幾百個原子間距大小的范圍內(nèi)變化。面缺陷處的晶格畸變較大，界面處能量高，影響范圍也較大。因此，晶界具有與晶粒內(nèi)部不同的特性。(二) 晶體中的缺陷3.面缺陷：晶體的面缺陷，主要是指前組元：組元是指組成合金的最基本的，獨立存在的物質(zhì)，簡稱元。但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。在合金中金屬化合物的多少。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。晶粒之間的原子排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶界?；衔锏男阅芟嗨疲际怯钟灿执喔呷埸c，見表2－3。當電子濃度為21／14、21／13、21／12時，則分別形成體心立方的電子化合物(β相)、復(fù)雜體心立方的電子化合物(相)，密排立方體(ε相)。2晶胞：晶體中原子排列規(guī)律具有明顯的周期變化。它們之間就易于形成化合物，而不利于形成固溶體，即使形成固溶體其溶解度也很小。正常價化合物化學成分固定，一般不會形成以化合物為基的固溶體。兩元素負電性愈大，則化學親合的能力也愈大。但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。對于金屬，這個厚度通常在幾個原子間距或到幾百個原子間距大小的范圍內(nèi)變化。相：相是指在合金中，凡是化學成分相同，晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其他部分分隔開來的一個均勻區(qū)域。若固溶體具有體心立方晶格則電子濃度的極限值為1.這是一類不遵守原子價規(guī)律而服從電子濃度規(guī)律的化合而成。實際上，晶界就是不同晶格位向的相臨晶粒在原子排列上的過度區(qū)。非金屬化合物在合金中通常都會降低合金的性能，它們的存在愈少愈好。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)，大小和分布。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。它們之間就易于形成化合物，而不利于形成固溶體，即使形成固溶體其溶解度也很小。第二節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu)在機械工程中，由于純金屬本身的力學性能很有限，滿足不了實際的需要。所以，很少使用純金屬制作零部件。而是將它們?nèi)蹮挸珊辖穑瑥亩纳扑麄兊牧W性能，滿足使用需要。所以，在機械工程中大量使用的金屬材料絕大多數(shù)都是合金材料。如：鋼、鑄鐵、黃銅、青銅、硬鋁、鍛鋁等等。由于合金不只是一種化學元素，因此合金的晶體結(jié)構(gòu)要比純金屬復(fù)雜許多。而且其顯微組織僅用晶粒、晶界來表示也遠為不足，必須引出一些新概念。組元：組元是指組成合金的最基本的，獨立存在的物質(zhì)，簡稱元。第一、基本概念5.顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)，大小和分布。1.合金：合金是指由一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素，通過熔煉燒結(jié)的方法所形成的具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。2.組元：組元是指組成合金的最基本的，獨立存在的物質(zhì)，簡稱元。組成合金的各種元素及各種化學元素都是組元。合金中有幾種組元就稱之為幾元合金。3.合金系：合金系是指有相同的組元，而成分比例不同的一系列合金。4.相：相是指在合金中，凡是化學成分相同，晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其他部分分隔開來的一個均勻區(qū)域。一、基本概念5.顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)二合金的金相組織由于合金的各個相的晶體結(jié)構(gòu)是不同的，所以，在合金中，不同的相所在的區(qū)域具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)的合金在液相時各組元之間都能互相溶解形成單一的均勻液相。但是，在固相時各種組元之間相互作用不同，可以形成各種晶體結(jié)構(gòu)和化學成分的相。通常分為固溶體和金屬化合物兩大類。二合金的金相組織由于合金的各個相的晶體結(jié)構(gòu)是不同的，所(一) 固溶體合金結(jié)晶成固態(tài)時，含量少的組元(溶質(zhì))原子分布在含量多的組元(溶劑)晶格中形成一種與溶劑有相同晶格的相，稱為固溶體?？梢姽倘荏w的重要標志是與溶劑有相同晶格。根據(jù)需要固溶體有很多種分類方法。最常用的是按溶質(zhì)固溶體原子在溶劑晶格中的分布位置來分類。有間隙固溶體和置換(代位)固溶體兩大類。見圖2-12和圖2-13。(一) 固溶體合金結(jié)晶成固態(tài)時，含量少的組元(溶質(zhì))原子1．間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑的晶格間隙中所形成的固溶體，稱為間隙固溶體。由于晶格的間隙通常都是很小的，所以，一般都是由原子半徑較小的(＜0.1nm)非金屬元素(如：C、N、B、O等)溶入過渡族金屬中，形成間隙固溶體。例如：鋼中的奧氏作就是C原子團溶到γ-Fe晶格的間隙中形成的固溶體。間隙固溶體對溶質(zhì)溶解都是有限的，所以都是有限固溶體。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的排列是無秩序的，所以也都是無序固濟體。1．間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑的晶格間隙中所形成的固2．置換固溶體

溶質(zhì)原子代替溶劑原子占據(jù)著溶劑晶格結(jié)點位置，而形成的固溶體，稱為置換固溶體。在有色金屬合金中和合金鋼中都存在著置換固溶體。置換固溶體又可分為有限固溶體和無限固溶體兩類。所謂無限固溶體是指固溶體的溶解及是無限的。組成固溶體的兩種元素隨比例不同可以互為溶質(zhì)或溶劑。例如：金一銀合金系就是一種單相的無限的置換固溶體合金。置換固溶體中溶質(zhì)原子的分布一般也是無序分布的，通常也都是無序固溶體。但是，在一定條件下也會出現(xiàn)有序分布。這種固溶體稱為有序固溶體(也稱超結(jié)構(gòu))。例如：銅一金合金系中當銅原子數(shù)與金原子數(shù)的比例為1比1或3比1并緩慢冷至室溫時就會出現(xiàn)CuAu或Cu3Au的有序固溶體其晶格結(jié)構(gòu)，見圖2一142．置換固溶體溶質(zhì)原子代替溶劑原子占據(jù)著溶劑晶格結(jié)點位置有序固溶體，雖然化學元素成比例，但不是化合物。當把它加熱到一定溫度時就會變成無序固溶體。若是把它再緩慢地冷到這個溫度之下又可變?yōu)橛行虻?。這個無序到有序的轉(zhuǎn)變過程稱固溶體的有序化。固溶體的有序化也會變化。如：硬度和脆性增加，塑性和電阻率下降等。

有序固溶體，雖然化學元素成比例，但不是化合物。當把它加熱3.固溶體的溶解度溶質(zhì)原子溶于固溶體中的量稱為固溶體的濃度。港質(zhì)在固溶作中的體中的溶解度。不同固溶體的溶解度不相同。同一種固溶體隨溫度溶解度也增加，反之下降。

3.固溶體的溶解度溶質(zhì)原子溶于固溶體中的量稱為固溶體的濃4．影響因溶體的晶體結(jié)構(gòu)和溶解度主要因素目前已被公認的主要因素有：

(1)原子直徑因素：當溶質(zhì)與溶劑的原子直徑相差較小時易形成置換固溶體，而且直徑差愈小，其溶解度也會愈大。這是因為，原子直徑差會引起晶格的畸變，使晶格的畸變能增加。原子直徑差愈大，畸變能增加愈劇。隨著畸變能的增加將使這種固溶體晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。自然這種固溶體本身的存在也就不穩(wěn)定了，這將會導(dǎo)致其它相的形成。但是，若兩種原子直徑差愈小，畸變能增加也愈小，盡管固溶體濃度不斷增加，也不致于因畸變能的原因而引起其晶格結(jié)構(gòu)的改變。這就有可能形成無限固溶體。當溶質(zhì)與溶劑的原子直徑差很大時是不能形成置換回溶體的。但是，卻可以形成間隙固溶體。間隙固溶體的溶解度較小。4．影響因溶體的晶體結(jié)構(gòu)和溶解度主要因素目前已被公認的主要因(2)負電性因素：所謂負電性是指某元素的原子從其它元素原子奪取電子而變成負離子的能力。在元素周期表中，兩種元素的位置距離愈遠，則其負電性差也愈大。兩元素負電性愈大，則化學親合的能力也愈大。它們之間就易于形成化合物，而不利于形成固溶體，即使形成固溶體其溶解度也很小。(2)負電性因素：所謂負電性是指某元素的原子從其它元素原子奪(3)電子濃度因素：在合金中，價電子數(shù)目否與原子數(shù)目n之比稱為電子濃度。對于固溶體來講，當溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)不相同時，隨著溶質(zhì)原子的進入，將使固溶體晶格中的電子濃度以及電子云的分布有所改變。并且，隨著溶入的溶質(zhì)數(shù)量愈多，電子濃度改變愈大。直至達到某一個極限電子濃度時，此固溶體的晶格結(jié)構(gòu)就不穩(wěn)定了。將會出現(xiàn)新的相?？梢姡糠N固港體只能穩(wěn)定的存在于一定的電子濃度范圍之內(nèi)。例如：對于溶劑是一價的，而溶質(zhì)是高于一份的固溶體，若晶格結(jié)構(gòu)是面心立方，其電子濃度的極限值為l.36。若固溶體具有體心立方晶格則電子濃度的極限值為1.48。(3)電子濃度因素：在合金中，價電子數(shù)目否與原子數(shù)目n之比稱對于固溶體來講，當溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)不相同時，隨著溶質(zhì)原子的進入，將使固溶體晶格中的電子濃度以及電子云的分布有所改變。它引起的晶格錯線為中心軸的一個管狀區(qū)域。非金屬化合物在合金中通常都會降低合金的性能，它們的存在愈少愈好?；衔锏男阅芟嗨疲际怯钟灿执喔呷埸c，見表2－3。經(jīng)過計算可知：體心立方體的致密度為0.電子化合物的晶體結(jié)構(gòu)主要取決于電子濃度。在晶格的接點處出現(xiàn)缺少原子的晶體稱為晶體空格；其中間隙相更穩(wěn)定，熔點和硬度也更高。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。3晶格參數(shù)與晶格常數(shù)：在晶體學中，用來描述晶胞大小有形狀的幾何參數(shù)稱為晶格參數(shù)。α，β，γ共六個參數(shù)。通過熱處理及鍛造可以改變金屬化合物在合金中的分布狀況。當把它加熱到一定溫度時就會變成無序固溶體。α，β，γ共六個參數(shù)。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。若彌散均勻分布可提高合金的強度，硬度和耐磨性，但會降低合金的塑性和韌性。絕大多數(shù)的合金在液相時各組元之間都能互相溶解形成單一的均勻液相。面缺陷：晶體的面缺陷，主要是指前述的晶界和亞晶界。在晶格的結(jié)點處出現(xiàn)的原子直徑不同的異類原子的晶體缺陷稱為置換原子。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的排列是無秩序的，所以也都是無序固濟體。2線缺陷：線缺陷主要是指各種形式的“位錯”。兩元素負電性愈大，則化學親合的能力也愈大。(5)溫度因素：在一般情況下，固溶體隨溫度升高其溶解度也增加這可能與固溶體晶格上原子的熱振動有關(guān)。

(4)晶體結(jié)構(gòu)因素：在多數(shù)的情況下，晶格類型相同的元素之間溶解度較大。晶格類型不同的元素之間溶解度較小。無限固溶作只能產(chǎn)生于相同晶格結(jié)構(gòu)的元素之間。對于固溶體來講，當溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)不相同時，隨著上述五種因素的綜合作用決定了固溶體的種類及其溶解度的大小。如：鋼鐵中常見的五元素(C、Si、Mn、S、P)與鐵元素的關(guān)系。C原子半徑較小(0.077nm)與過渡族元素Fe在一定的條件下能形成間隙固溶體。C固溶到體心立方的-Fe中形成的間隙固溶體(鐵素體)，室溫時的溶解度很小(0.0008%)近于零。當溫度升高到727°C時獲得最大溶解度為0.02%。C固溶到面心立方的-Fe中所形成的間隙固溶體(奧氏體)最大溶解度可達2.11%。Si、Mn、S、P的原子直徑遠大于C原子的。因而與Fe只能形成置換固溶體。其中Si、Mn與Fe的負電性差及原子尺寸差均較S、P的小，所以，Si、Mn在Fe中的溶解度較大而S、P在Fe中的溶解度較小。尤其是S，它的原子直徑與Fe原子直徑差約為18%，既不非常大，也不非常小，再加上負電性相差也很大，所以，S幾乎不溶于Fe，但與Fe易形成有害化合物FeS。

小結(jié)上述五種因素的綜合作用決定了固溶體的種類及其溶解度的大小5．固溶體的性能當溶質(zhì)含量極少時，固溶體的性能與溶劑金屬基本相同。隨著溶質(zhì)含量的升高，通常都會使固溶體的強度、硬度升高；塑性、韌性下降；電阻率、磁矯頑力升高。通常把溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象稱之為固溶強化。固溶強化是金屬材料的一種重要的強化途徑。如果適當控制港質(zhì)的濃度，可以在顯著提高金屬材料強度和硬度的同時，仍可以保持相當好的塑性和韌性。工業(yè)上使用的金屬材料多數(shù)都是單相固溶體合金和以固溶體為基體的多相合金。5．固溶體的性能當溶質(zhì)含量極少時，固溶體的性能與溶劑金屬當然僅靠固溶強化來提高金屬材料的強度和硬度還是很有限的。但是可以在固溶強化工基礎(chǔ)上再適當配合其它強化手段，就會使金屬材料起到所需的各種強韌巨。其它強化方法要還有：細晶強化、第二相彌散強化、熱處理相變強化、加工硬化等。這些強化方法將教材后面的內(nèi)容中陸續(xù)介紹。

當然僅靠固溶強化來提高金屬材料的強度和硬度還是很有限的。(二)金屬化合物在合金中，當溶質(zhì)組元的質(zhì)量分數(shù)超過固溶體的溶解度將會產(chǎn)生新相。這個新相可能以另一組元為溶劑的另一種固溶體。也可能產(chǎn)生一種晶格結(jié)構(gòu)不同于任一組元的化合物。如鋼中的Fe3C、FeS、MnS；黃銅中的相(CuZn)等。若化合物的結(jié)合鍵中有一定程度的金屬鍵，則該化合物就具有一定的金屬性質(zhì)。這種具有金屬性質(zhì)的化合物被稱之為金屬化合物。如：Fe3C、CuZn就是金屬化合物。而FeS、MnS主要是離子鍵結(jié)合，沒有金屬性質(zhì)稱為非金屬化合物。在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現(xiàn)象稱為第二相彌散強化。非金屬化合物在合金中通常都會降低合金的性能，它們的存在愈少愈好。非金屬化合物常被稱為非金屬夾雜物，簡稱夾雜。(二)金屬化合物在合金中，當溶質(zhì)組元的質(zhì)量分數(shù)超過固溶體金屬化合物一般都具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)、熔點高、硬而脆。在合金中金屬化合物的多少。形態(tài)、大小、分布的方式等對合金的性能有不同的影響。若彌散均勻分布可提高合金的強度，硬度和耐磨性，但會降低合金的塑性和韌性。若以網(wǎng)狀或大塊條狀分布，則會嚴重降低合金的各種力學性能。通過熱處理及鍛造可以改變金屬化合物在合金中的分布狀況。按照金屬化合物形成的條件可分為三大類：金屬化合物一般都具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)、熔點高、硬而脆。在合1．正常價化合物這是一種符合化合物原子價規(guī)律，成分固定并有嚴格分子式的金屬化合物。通常由在元素周期表上相距較遠、電化學性質(zhì)相差很大的兩種元素化合而成。例如：強金屬元素與非金屬或類金屬元素(Sb、Bi、Sn、Ph等)形成的化合物Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb等。正常價化合物化學成分固定，一般不會形成以化合物為基的固溶體。它常被用作鋁合金、青銅等材料的強化相。1．正常價化合物這是一種符合化合物原子價規(guī)律，成分固定并2.電子化合物這是一類不遵守原子價規(guī)律而服從電子濃度規(guī)律的化合而成。當電子濃度為21／14、21／13、21／12時，則分別形成體心立方的電子化合物(β相)、復(fù)雜體心立方的電子化合物(相)，密排立方體(ε相)。見表2-2。電子化合物的晶體結(jié)構(gòu)主要取決于電子濃度。但是，元素的原子直徑和電化學性質(zhì)等因素也對晶格結(jié)構(gòu)類型有影響。例如：當組成電子化合物的兩元素的原子直徑差很小時，電子濃度為21／14的電子化合物的晶格結(jié)構(gòu)除體心立方外，還可能是密排六方結(jié)構(gòu)。2.電子化合物這是一類不遵守原子價規(guī)律而服從電子濃度電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不是一個固定值，而是可以在一定范圍內(nèi)變化的。例如：電子化合物CuZn中Zn的質(zhì)量分數(shù)可以變化的范圍是由36.8%到56.5%。這種化學成分不是化學式中標稱值的電子化合物，被稱為是以這種電子化合物為基的固溶體。其性能與相應(yīng)的電子化合物相同。電子化合物及其固溶體都是金屬鍵結(jié)合，具有明顯的金屬特性，并且溶點、硬度均較高，塑性很低。在合金中一般不作為基體相，而是以彌散分布的第二相形式來強化合金。在有色金屬合金中，它常作為一種強化相與基體的固溶體相相互配合來調(diào)整合金的性能。電子化合物晶格中，各組成元素的原子間多呈無序分布狀態(tài)。但有些電子化合物在緩慢冷卻時也可變成有序分布，出現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不這是一種以原子直徑較大的過渡族金屬與原子直徑很小的非金屬原子組成的化合物。非金屬原子有規(guī)則的嵌入金屬元素晶格的間隙中，所以稱為間隙化合物。3．間隙化合物它可分為兩類：

這是一種以原子直徑較大的過渡族金屬與原子直徑很小的非金屬(1)間隙相當非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值小于0.59時，形成簡單晶格的間隙化合物，稱間隙相。從表2－1中可見非金屬元素碳的原子直徑為0.154nm，而金屬元素鈦的原子直徑為0.293nm。它們的比值小于0.59，所以形成的間隙化合物TiC就是一種間隙相。其晶格結(jié)構(gòu)見圖2－15。從圖上可見Ti原子處與面心立方體的結(jié)點上，而C原子處于晶格的間隙中。過渡族金屬的氮化物，氫化物及部分化物都是間隙相。如：W2C，TiC，TiN，F(xiàn)e4N，Nb4C，F(xiàn)e2N，Ti，TiH2。(1)間隙相當非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值小于0.59時間隙相都可以寫成固定原子比的化學式形式：M4X、M2X、MX、MX2，M代表過渡族金屬元素，X代表非金屬元素C、N、H。但是，在間隙相中兩種元素的原子數(shù)量之比實際上可從在一定范圍內(nèi)變化。例如：TiC中的金屬Ti的原子數(shù)量與非金屬C的原子數(shù)量比可由Ti2C到TiC之間變化形成間隙缺位固溶體。間隙相中除MX型中的氮化物是體心立方體晶格，WC，MoN是簡單六方晶格及M2X型多是密排六方晶格，其余都是面心立方晶格。間隙相都可以寫成固定原子比的化學式形式：M4X、M2X、電子化合物雖然可以用化學式來表示，然而其化學成分通常并不是一個固定值，而是可以在一定范圍內(nèi)變化的。晶胞在空間的重復(fù)排列就構(gòu)成整個晶格。間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的排列是無秩序的，所以也都是無序固濟體。根據(jù)晶體缺陷的幾何特點和原子對排列不規(guī)則性的影響范圍可分為三大類。小結(jié)化合物的性能相似，都是又硬又脆高熔點，見表2－3。若彌散均勻分布可提高合金的強度，硬