材料科學(xué)基礎(chǔ)合金相結(jié)構(gòu)

材料科學(xué)基礎(chǔ)合金相結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1固溶體固溶體－－溶質(zhì)分子完全溶于固態(tài)溶劑中，并保持溶劑元素晶格類型的合金相1.固溶體的特點(diǎn)固溶體的結(jié)構(gòu)與溶劑相同固溶體的成分可在一定范圍變化固溶體一般位于相圖的兩側(cè)固溶體的強(qiáng)度、硬度比純金屬高，導(dǎo)電性下降在多相合金中，固溶體一般作為基體相第2頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.固溶體的分類第3頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第5頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.置換固溶體第6頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第14頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第16頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響置換固溶體的其他因素———溫度、冷卻速度、機(jī)械合金化等第17頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.間隙固溶體第18頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原子半徑小于0.1nm的非金屬元素(如H,O,N,C,B等)處于溶劑晶格結(jié)構(gòu)的某些間隙位置間隙半徑較小，非金屬原子的溶入，將使晶胞脹大，造成點(diǎn)陣畸變，溶解度受限制C的原子半徑為0.077nm，面心立方的γ-Fe在1148°C的八面體間隙半徑為0.0535nm，造成嚴(yán)重畸變，溶解度9%at體心立方的α-Fe的間隙更小，C的溶解度為0.095%at第19頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響間隙固溶體溶解度的因素間隙有限，溶解度有限——有限固溶體溶解度與溶質(zhì)原子尺寸有關(guān)溶解度與溶劑間隙尺寸、形狀有關(guān)，溶質(zhì)原子一般位于八面體間隙之中第21頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.固溶體的微觀不均勻性第22頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.固溶體的性質(zhì)點(diǎn)陣常數(shù)a改變——置換固溶體：rB﹥r(jià)A,a增大；rB﹤rA,a減小。間隙固溶體：a增大。強(qiáng)度增高——固溶強(qiáng)化效應(yīng)：隨溶質(zhì)含量的增加，固溶體強(qiáng)度、硬度升高，塑性下降的現(xiàn)象。是晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。電阻增加，磁性和耐蝕性改變。第24頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2中間相（金屬間化合物）第27頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中間相——超過(guò)固溶體溶解度限度后，形成結(jié)構(gòu)不同于組元的新相。1.中間相的特點(diǎn)中間相的結(jié)構(gòu)不同與組元組元大致按一定的原子比結(jié)合中間相一般位于相圖的中間中間相有共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵結(jié)合，以金屬鍵為主有高的熔點(diǎn)、硬度，有的具有超導(dǎo)性在多相合金中，中間相一般作為強(qiáng)化相第28頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.正常價(jià)化合物金屬與IVA，VA，VIA族一些元素形成的化合物，隨電負(fù)性差的下降由離子鍵、共價(jià)鍵到金屬鍵，熔點(diǎn)下降，如Mg2Si,Mg2Sn,Mg2PbAB型－NaCl型結(jié)構(gòu)(MgSe,CaSe,MnSe,SnTe,PbTe等)，閃鋅礦結(jié)構(gòu)或立方ZnS結(jié)構(gòu)(ZnS,CdS,MgTe,CdTe,MnSe,ZnTe,SiC等)，纖鋅礦結(jié)構(gòu)或六方ZnS結(jié)構(gòu)(ZnS,CdS,MgTe,CdTe,MnSe,AlN等)第29頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AB2型－CaF2結(jié)構(gòu)(PtSn2,AuAl2,PtIn2等)，反CaF2結(jié)構(gòu)(Mg2Si,Mg2Ge,,Mg2Pb,Cu2Se等)A2B3型正常價(jià)化合物高硬度和脆性，彌散分布在基體上起彌散強(qiáng)化作用第30頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第31頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.電子化合物

Cu,Ag,Au與Zn,Al,Sn合金，中間相的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性由電子濃度決定－－休姆－羅塞里定律（見(jiàn)下表

尺寸因素也對(duì)結(jié)構(gòu)有影響

金屬鍵，熔點(diǎn)高，硬度、脆性大，有色金屬中作強(qiáng)化相

AlNi晶體：當(dāng)Al原子超過(guò)50%，Ni處出現(xiàn)空位－缺位固溶體；當(dāng)Ni原子超過(guò)50%，AlNi為溶劑，溶有Ni的置換固溶體

第33頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第34頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第35頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第36頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.間隙相與間隙化合物

H，B，C，N等小半徑的非金屬元素與過(guò)渡族金屬元素形成的化合物；

rX/rM<0.59－－簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)的間隙相；rX/rM>0.59－－復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物。第38頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）間隙相第39頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月★間隙相的成分可以在一定范圍變化★間隙相可以溶解組元元素，形成以化合物為基的固溶體★間隙相之間可以形成連續(xù)固溶體，如TiC-ZrC,TiC-VC★間隙相有高硬度、高熔點(diǎn)，是合金工具鋼及硬質(zhì)合金的主要強(qiáng)化相第40頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第43頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一些間隙相的成分范圍第44頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）間隙化合物第45頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

合金鋼中的間隙化合物為Cr,Mn,Mo,Fe的碳化物或它們的合金碳化物，主要類型有M3C,M7C3,M23C6等。

如Cr23C6是復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)，有92個(gè)鉻原子，24個(gè)碳原子；滲碳體(Fe3C)屬正交晶系，有12個(gè)鐵原子，4個(gè)碳原子

第46頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Fe3C是鐵碳合金中的一個(gè)基本相，稱為滲碳體。C與Fe的原子半徑之比為0.3，其晶體結(jié)構(gòu)為正交晶系，三個(gè)點(diǎn)陣常數(shù)不相等，晶胞中共有16個(gè)原子，其中12個(gè)Fe原子，4個(gè)C原子，符合Fe：C＝3：1的關(guān)系。Fe3C中的Fe原子可以被Mn，Cr，M。，W，V等金屬原子所置換形成合金滲碳體；Fe3C中的C可被B置換，但不能被N置換。第47頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第48頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜。如Cr23C6。屬于復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)，晶胞中共有116個(gè)原子，其中92個(gè)為Cr原子，24個(gè)為C原子，而每個(gè)碳原子有8個(gè)相鄰的金屬Cr原子。這一大晶胞可以看成是由8個(gè)亞胞交替排列組成的第49頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第50頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.有序固溶體（超結(jié)構(gòu)）固溶體的有序化－－某些合金高溫時(shí)的短程有序緩冷到一定溫度下為完全有序有序固溶體的點(diǎn)陣常數(shù)與無(wú)序固溶體不同，產(chǎn)生附加的X射線衍射線－超結(jié)構(gòu)線，有序固溶體又叫超結(jié)構(gòu)，超點(diǎn)陣超結(jié)構(gòu)：面心立方的Cu3Au,CuAu,AlTi;體心立方的CuZn,FeTi,Fe3Al;密排立方的Mg3Cd,MgCd,Co3W,MoCo3

第51頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第52頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第53頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第54頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第55頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第56頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第57頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第58頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第59頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第60頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第61頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第62頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第63頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第64頁(yè)，課件共