上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 工程材料学 第三讲 是是 固溶体及液态金属疑固
工程材料学 第三讲 固溶体及液态金属凝固
合金的相结构 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 纯金属：物理、化学性能良好，力学性能 差。价格昂贵、种类有限。 合金：两种或两种金属与金属或与非金属 元素组成具有金属性质的物质。 1日图后 强度、硬度、 附磨性高，是工程上使用得 最多的金属材料。比如：黄钥（Cu+Zn) 、钢(Fe+C)、铝合金等。 2
2 合金的相结构 纯金属： 物理、化学性能良好，力学性能 差。价格昂贵、种类有限。 合金： 两种或两种金属与金属或与非金属 元素组成具有金属性质的物质。 强度、硬度、耐磨性高，是工程上使用得 最多的金属材料 。比如：黄铜（ Cu+Zn） 、钢（Fe+C）、铝合金等
固溶体的几个基本概念 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 组元： 组成合金的元素，或稳定化合物。 根据 组元多 少合金可分为二元合金、多元合金。 相：组元之间相互作用形成具有同一化学成分、 同一结构和原子聚集状态同并以界面互相分开 的、均匀的组成部分 TONG UN 相可以分为固溶体和金属化合物。 3
3 固溶体的几个基本概念 组元： 组成合金的元素，或稳定化合物。根据 组元多 少合金可分为二元合金、多元合金。 相：组元之间相互作用形成具有同一化学成分、 同一结构和原子聚集状态，并以界面互相分开 的、均匀的组成部分 。 相可以分为固溶体和金属化合物
上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 固溶体：相的晶体结构与某一组成元素的晶 体结构相同 固溶体分为间隙固溶体和置换固溶体。 AO TONG 4
4 固溶体：相的晶体结构与某一组成元素的晶 体结构相同 。 固溶体分为间隙固溶体和置换固溶体
上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而 形成的固溶体 (溶剂与溶质原子尺寸相近，直径差别较 小，大于15%就很难形成置换固溶体) 置换固溶体中原子的分布通常是任意的。称之为无序固 溶体。在某些条件下， 原子成为有规则的排列，称为有 序固溶体。两者之间的转变称为固溶体的有序化。这时， 合金的某些物理性能将发生很大的变化。 5
5 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而 形成的固溶体 （溶剂与溶质原子尺寸相近，直径差别较 小 ，大于15%就很难形成置换固溶体） 。 置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称之为无序固 溶体。在某些条件下，原子成为有规则的排列，称为有 序固溶体。两者之间的转变称为固溶体的有序化。这时， 合金的某些物理性能将发生很大的变化
上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 间隙固溶体：溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而 形成的固溶体称为间隙固溶体， 其中的溶质原子 不占据晶格的正常位置 只有溶质原子与溶剂原子的直径之比小于0.59时， 日 才会形成间隙固溶体。 通常，间隙固溶体都是由原子直 径很小的碳、氮、氢、硼、氧等非金属元素溶入过渡族 金属元素的晶格间隙中而形成的。 6
6 间隙固溶体：溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而 形成的固溶体称为间隙固溶体，其中的溶质原子 不占据晶格的正常位置 。 只有溶质原子与溶剂原子的直径之比小于0.59时， 才会形成间隙固溶体。通常，间隙固溶体都是由原子直 径很小的碳、氮、氢、硼、氧等非金属元素溶入过渡族 金属元素的晶格间隙中而形成的
上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 固溶体的溶解度：溶质原子溶入固溶体的极限浓 度0 据此可以分为有限固溶、无限固溶 影响溶解度的因素有原子尺寸、 晶格类型、电化 学性质以及电子浓度等 TONG UN 7
7 固溶体的溶解度：溶质原子溶入固溶体的极限浓 度。 据此可以分为有限固溶、无限固溶 。 影响溶解度的因素有原子尺寸、晶格类型、电化 学性质以及电子浓度等
固溶体的性能 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 由于溶质原子尺寸与溶剂原子不同，其晶格 都会产生畸变。由于晶格畸变增加了位错移动的 阻力，使滑移变形难以进行， 因此固溶体的强度 和硬度提高，塑性和韧性则有所下降。 这种通过溶入某种溶质元素来形成固溶体而 使金属的强度、硬度提高的现象称为固溶强化 8
8 由于溶质原子尺寸与溶剂原子不同，其晶格 都会产生畸变。由于晶格畸变增加了位错移动的 阻力，使滑移变形难以进行，因此固溶体的强度 和硬度提高，塑性和韧性则有所下降。 这种通过溶入某种溶质元素来形成固溶体而 使金属的强度、硬度提高的现象称为固溶强化 。 固溶体的性能
金属化合物 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 金属化合物是合金组元间相互作用所形成的 一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金 固相。 一般可用分子式大致表示其组成。金属化 合物一般有较高的熔点、较高的硬度和较大的 脆性。 IJIAO TONG UMI 合金中出现化合物时，可提高强度、硬度 和耐磨性，但降低塑性。 9
9 金属化合物是合金组元间相互作用所形成的 一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金 固相。 一般可用分子式大致表示其组成。金属化 合物一般有较高的熔点、较高的硬度和较大的 脆性。 合金中出现化合物时，可提高强度、硬度 和耐磨性，但降低塑性。 金属化合物
(1)正常价化合物 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 周期表上相距较远，电化学性质相差较大 的两元素容易形成正常价化合物。其特点是符 合一般化合物的原子价规律， 成分固定，并可 用化学式表示。如Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Si、MnS等。 性能特点：高的硬度和脆性。弥散分布于 固溶体基体中时，将起到强化相的作用，使合 金强化0 10
10 周期表上相距较远，电化学性质相差较大 的两元素容易形成正常价化合物。其特点是符 合一般化合物的原子价规律，成分固定，并可 用化学式表示。如Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Si、MnS等。 性能特点：高的硬度和脆性。弥散分布于 固溶体基体中时，将起到强化相的作用，使合 金强化。 （1）正常价化合物