3合金相结构汇编

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.3 合金相构造,相：合金中具有同一聚拢状态、同一晶体构造和性质并以界面相互隔开的均匀组成局部。,合金：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。组成合金的根本的、独立的物质称为组元。,中间相：A、B两种元素按固定的比例形成合金，合金的构造与全部组元均不同。其成分多数处在A在B中的溶解度和B在A中溶解度之间。,固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子溶质原子所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体构造类型。溶质原子占据主晶相质点位置一局部或间隙位置一局部，仍保持一个晶相，这种晶体称为固溶体。,依据溶质原子在溶剂点阵中所处的位置，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两大类。,一、置换固溶体,置换固溶体,：,溶质占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的溶剂原子所形成的固溶体。,假设溶质与在溶剂相中以任意比例固溶，这种固溶体称为连续型(无限型)固溶体。,连续置换固溶体中两组元原子置换示意图,2.3.1,固溶体,假设溶质在溶剂相中只有局部固溶，这种固溶体称为有限型固溶体。,二、置换固溶体溶解度的影响因素,1.,原子尺寸,因素,相互替代的原子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。,原子尺寸的影响主要与溶质原子的溶入所引起的点阵畸变及其构造状态有关。r越大，溶入后点阵畸变程度越大，畸变能越高，构造的稳定性越低，溶解度越小。,r=,15%时，有利于形成溶解度较大的固溶体无限固溶体。,2.晶体构造,溶质与溶剂晶体构造一样，是形成连续固溶体的必要条件。,构造类型一样，有利于提高溶解度。,r,30%,时,很难或不能形成固溶体。,15%,r,30%,时,形成有限固溶体,;,3.化学亲和力电负性的因素,电负性相近有利于形成固溶体，电负性相差很大时将形成中间相或化合物。,4.原子价电子浓度因素,电子浓度,:,指合金相中各组元价电子总数与原子总数之比,。,对含有过渡族元素的电子化合物，过渡族元素的价电子数看做零(d层的电子未被填满。,x,为溶质的摩尔分数，,A,、,B,分别为溶剂和溶质的价电子数。,此外，固溶度还与温度有关。,极限电子浓度指合金在最大溶解度时的电子浓度。超过此值时，固溶体就不稳定而要形成另外的相；极限电子浓度与溶剂晶体构造类型有关。,对一价金属溶剂：,晶体构造为fcc，极限电子浓度为1.36;,bcc时为1.48;,hcp时为1.75。,三、间隙型固溶体,假设溶质原子比较小，r 41%时,它们能进入溶剂晶格的间隙位置内，这样形成的固溶体称为间隙型固溶体。溶质原子一般比晶格间隙的尺寸大，间隙固溶体都是有限固溶体，而且溶解度很小。,原子半径较小rA时,溶质原子四周点阵膨胀,平均点阵常数增大；rB0.59(30%r41%)时，形成的化合物的晶体构造也较简单，通常称它们为间隙化合物，相应的分子式也较简单，通常是过渡金属与碳元素形成的碳化物，如钢中常见的Fe3C、Cr7C3、Cr23C6等。,间隙化合物中的金属常被其他金属置换形成以化合物为基的固溶体，如 Fe3C中溶入肯定的Mn，形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C(B)。,间隙化合物中原子间的结合键为共价键和金属键，具有较高熔点和高硬度不如间隙相，是钢的主要强化相。,C,、,Fe,原子半径比为,0.63,；正交晶系；一个晶胞中,12,个,Fe,，,4,个,C,；,Fe,原子可被,Mn,Cr,Mo,W,V,等置换,形成合金渗碳体,(Fe,Mn),3,C,等,；,C,原子可被,B,置换，但不能被,N,置换。,2),拓扑密堆相,(TCP,相,),由两种大小不等金属原子构成的中间相，大小原子以肯定比例搭配(固定的原子比)，形成的新相配位数大于12，或致密度大于0.74，统称为拓扑密堆构造相。,属于这类构造的有：Laves相、相构造等。,间隙全是四周体间隙，空间利用率和配位数很高(12,14,15,16)，致密度高于等径球组成的面心立方，具有拓扑学特点。,由配位数(CN)为12，14，15，16的配位多面体堆垛而成，每个面都是三角形。,配位多面体是以某一原子为中心，将其四周严密相邻的各原子中心用一些直线连接起来所构成的多面体。,特点,:,拓扑密堆相中的配位多面体,b.呈层状构造。原子半径小的原子构成密排面，其中嵌镶有原子半径大的原子，由这些密排层按肯定挨次堆垛而成，从而构成空间利用率很高、只有四周体间隙的密排构造。,原子密排层系由三角形、正方形或六角形组合起来的网格构造通常用肯定符号表示：取网格中的任一原子，依次写出围围着它的多边形类型。,原子密排层的网格构造,(a)36型(b)63型(c)3636型 (d)32434型,二元典型的分子式 AB2，r A/r B，有 MgCu2构造，MgZn2构造，MgNi2构造。镁合金的强化相，以针状析出于基体。,(1)Laves,相,MgCu2构造:简单立方 电子浓度,MgZn2构造:简单六方 电子浓度,MgNi2构造:简单六方 电子浓度,MgCu2是简单立方构造，每晶胞有16个Cu原子，8个Mg原子，Cu位于小四周体的顶点，Mg位于各小四周体之间的空隙中；Mg原子四周有12个Cu原子和4个Mg原子，故配位多面体为CN16；Cu原子四周有6个Cu原子和6个Mg原子，故配位多面体为CN12；,MgCu2型构造,故：MgCu2构造可看成由CN16与CN12配位多面体相互协作而成。,110,MgCu2构造中A,B原子分别构成的层网构造,3,网络,通常存在于过渡族金属元素组成的合金中，分子式,AB,或,AxBy,如,FeCr,FeMo,；也可以是以化合物为基的固溶体。常温下硬而脆，对合金性能有害。,相为四方构造，轴比c/a=0.52，单位晶胞中有30 个原子。在Cr系不锈钢中消失的相见引起钢的脆性。,2相,4、超构造有序固溶体,对某些成分接近于肯定的原子比如AB或AB3的无序固溶体中，当它从高温缓冷到某一临界温度以下时，溶质原子会从统计随机分布状态过渡到占有肯定位置的规章排列状态，即发生有序化过程，形成有序固溶体。,长程有序的固溶体在X射线衍射图上会产生外加的衍射线条，称为超构造线，所以有序固溶体通常称为超构造或超点阵。,1超构造的主要类型,几种典型的超点阵构造,Cu,3,AuI,型超点阵,CuAu,型超点阵,CuAu,型超点阵,黄铜,(CuZn),型超点阵,Fe,3,Al,型超点阵,MgCd,3,型超点阵,几种典型的超点阵构造,(C)CuAu,型超点阵,(d),黄铜,(CuZn),型超点阵,5,个小晶胞构成一个反相畴,(e)Fe,3,Al,型超点阵,(f)MgCd,3,型超点阵,8,个体心立方单胞组成一个大单胞，,Fe,占据顶点和,4,个体心，另外,4,个体心位由,Al,占据。,2有序化和影响有序化的因素,有序化的根本条件是异类原子之间的相互吸引作用大于同类原子间的吸引作用，从而使有序固溶体的自由能低于无序态。,用,长程有序度参数,S,来定量表示有序化程度：,P为A原子的正确位置上(完全有序时此位置为A所占据消失A原子的几率，完全有序时，p=1；X A为A原子在合金中的原子数分数,完全无序时，p=X A。,从无序到有序的转变过程是依靠于原子迁移来实现的，即存在形核和长大过程。,当合金缓冷经过某一临界温度时，各个核心渐渐单独长大，直至相互接壤。通常将这种小块有序区域称为有序畴。当两个有序畴同时长大相遇时，假设其边界恰好是同类原子相遇而构成一个明显的分界面，称为反相畴界，反相畴界两边的有序畴称为反相畴。,反相畴构造,影响有序化的因素：温度、冷却速度、合金成分等。,1)具有超导性质：如Nb3Ge，Nb3Al，Nb3Sn，V3Si，NbN等；,2)具有特殊电学性质：如InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半导体材料用；,3)具有强磁性的金属间化合物：如稀土元素Ce，La，Sm，Pr，Y等和Co的化合物具有特殊优异的永磁性能；,5.,金属间化合物的性质和应用,4)贮氢材料：如 LaNi5，FeTi，R2Mg17和R2Ni2Mg15(R等仅代表稀土 La，Ce，Pr，Nd或混合稀土。,5)具有耐热特性：如Ni3Al，NiAl，TiAl，Ti3Al，FeAl，Fe3Al，MoSi2，NbBe12，ZrBe12等不仅具有很好的高温强度，并且在高温下具有比较好的塑性。,6)耐蚀：如某些金属的碳化物，硼化物、氨化物和氧化物等；,7)具有外形记忆效应、超弹性和消震性：如 TiNi，CuZn，CuSi，MnCu，Cu3Al等已在工业上得到应用。,思考题,从晶体构造的角度说明间隙固溶体、间隙相以及间隙化合物之间的区分。,