合金的晶體結(jié)構(gòu).PPT

1、1簡單立方晶格與晶胞示意圖：0-101A=10m2晶面：通過原子中心的平面3晶向：通過原子中心的直線所指的方向4 （1）晶向指數(shù)的標(biāo)定 a 建立坐標(biāo)系。確定原點(diǎn)（陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位（棱邊）。 b 求坐標(biāo)。u,v,w。 c 化整數(shù)。 u,v,w. d 加 。uvw。說明： a 指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。 b 負(fù)值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。 晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的標(biāo)定5 （2）晶面指數(shù)的標(biāo)定 a 建立坐標(biāo)系：確定原點(diǎn)（晶面外）、坐標(biāo)軸和度量單位。 b 量截距：x,y,z。 c 取倒數(shù)：h,k,l。 d 化整數(shù)：h,k,k。 e 加圓括號：(hkl)。晶面指數(shù)和晶

2、向指數(shù)的標(biāo)定6主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：合金的相關(guān)概念；合金的類型；7 純金屬的強(qiáng)度不高，耐熱、耐蝕性能較差，如純金屬的強(qiáng)度不高，耐熱、耐蝕性能較差，如何改善？何改善？8合金：合金：由金屬元素與其他元素（這些元素可以是金屬元素，也可以是非金屬元素）組成的有金屬特征金屬特征的金屬材料。金屬與非金屬組成的是不是一定就是合金？金屬與非金屬組成的是不是一定就是合金？Fe + CFe(C)合金（鋼）Fe3C (化合物）3.1 基本概念9組元：組元：組成合金獨(dú)立的最基本單元。組元可以是元素元素或是穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物。Fe(C)合金Fe、C組元Fe、Fe3C組元類比雞蛋雞蛋水，蛋白質(zhì)，脂肪，膽固醇水，蛋白質(zhì)，脂

3、肪，膽固醇3.1 基本概念10相：相：具有相同結(jié)構(gòu)，相同成分和性能（也可以是連續(xù)變化的）并以界面相互分開的均勻組成部分，如液相、固相是兩個(gè)不同的相。 類比類比雞蛋雞蛋蛋白、蛋黃工業(yè)純鐵單相鐵素體共析碳鋼鐵素體相、滲碳體相普通陶瓷晶相、玻璃相、氣相3.1 基本概念11組織：組織：用肉眼或顯微鏡觀察到的材料內(nèi)部形貌圖像的統(tǒng)稱（宏觀組織、微觀組織）。組織是影響材料性能的重要因素。相是組織的基本組成部分相同的相，但當(dāng)組成相的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布不同時(shí)，其組織也不同！不同的相構(gòu)成不同的組織！3.1 基本概念12相的分類相的分類 合金中的相按結(jié)構(gòu)可分為：合金中的相按結(jié)構(gòu)可分為： 固溶體和金屬化合物固溶體

4、和金屬化合物 。 固溶體固溶體：晶體結(jié)構(gòu)與其某一組元相同的相。 金屬化合物金屬化合物：組元之間形成的新相， 其結(jié)構(gòu)不同于任何組元。3.2合金的相結(jié)構(gòu)13二、固溶體 合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、 且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體。與固溶體晶格相同的組元為溶劑，一般在合金中含量較多；另一組元為溶質(zhì)，含量較少。 固溶體用、等符號表示。A、B組元組成的固溶體也可表示為A(B), 其中A為溶劑, B為溶質(zhì)。例如銅鋅合金中鋅溶入銅中形成的固溶體一般用表示, 亦可表示為Cu(Zn)。14 2、分類 按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置, 固溶體可分為置換固溶體與間隙固溶體兩種。按溶質(zhì)原子在溶劑中的

5、溶解度，固溶體可分為有限固溶體和無限固溶體兩種。按溶質(zhì)原子在固溶體中分布是否有規(guī)律，固溶體分無序固溶體和有序固溶體兩種。 在一定條件(如成分、溫度等)下，一些合金的無序固溶體可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w。這種轉(zhuǎn)變叫做有序化。二、固溶體 15二、固溶體 間隙固溶體置換固溶體16二、 固溶體 3、 置換固溶體（1）置換固溶體：溶質(zhì)原子位于晶格點(diǎn)陣位置的固溶體。（2）影響置換固溶體溶解度的因素a 原子尺寸因素 原子尺寸差越小，越易形成置換固溶體，且溶解度越大。 r=(rA-rB)/rA 當(dāng)r15%時(shí)，有利于大量互溶。17二、 固溶體 b 晶體結(jié)構(gòu)因素 結(jié)構(gòu)相同，溶解度大，有可能形成無限固溶體。 c 電負(fù)性因素

6、 電負(fù)性差越小，越易形成固溶體，溶解度越大。 d 電子濃度因素 電子濃度e/a越大，溶解度越小。e/a有一極限值，與溶劑晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。一價(jià)面心立方金屬為1.36，一價(jià)體心立方金屬為1.48。 （上述四個(gè)因素并非相互獨(dú)立，其統(tǒng)一的理論的是金屬與合金的電子理論。）18二、 固溶體 4、 間隙固溶體 （1）組成：原子半徑較小（小于0.1nm)的非金屬元素溶入金屬晶體的間隙。 （2）影響因素：原子半徑和溶劑結(jié)構(gòu)。 （3）溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶體。 19二、固溶體 5、 固溶體的性能無論置換固溶體，還是間隙固溶體，由于溶質(zhì)原子的存在都會(huì)使晶格發(fā)生畸變，使其性能不同于原純金屬。2021二、固

7、溶體 6、 固溶體的性能 當(dāng)溶質(zhì)元素的含量極少時(shí)，固溶體的性能與溶劑金屬基本相同。隨溶質(zhì)含量的升高，固溶體的性能將發(fā)生明顯改變，其一般情況下，強(qiáng)度、硬度逐漸升高，而塑性、韌性有所下降，電阻率升高，導(dǎo)電性逐漸下降等。 這種通過形成固溶體使金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化是金屬強(qiáng)化的一種重要形式。在溶質(zhì)含量適當(dāng)時(shí)，可顯著提高材料的強(qiáng)度和硬度，而塑性和韌性沒有明顯降低。22純銅的b 為220MPa, 硬度為40HBS, 斷面收縮率為70%。當(dāng)加入1%鎳形成單相固溶體后, 強(qiáng)度升高到390MPa, 硬度升高到70HBS, 而斷面收縮率仍有50%。所以固溶體的綜合機(jī)械性能很好, 常常作為

8、合金的基體相。固溶體與純金屬相比, 物理性能有較大的變化, 如電阻率上升, 導(dǎo)電率下降, 磁矯頑力增大。二、固溶體 23三、 金屬化合物 若新相的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組成元素，則新相是組成元素間相互作用而生成的一種新物質(zhì)，屬于化合物，如碳鋼中的Fe3C，黃銅中的相（CuZn）以及各種鋼中都有的FeS、MnS等等。在這些化合物中，F(xiàn)e3C和相均具有相當(dāng)程度的金屬鍵及一定的金屬性質(zhì)，是一種金屬物質(zhì)，稱為金屬化合物。24三、三、 金屬化合物金屬化合物 而FeS、MnS具有離子鍵，沒有金屬性質(zhì)，屬于一般的化合物，因而又稱為非金屬化合物。 在合金中，金屬化合物可以成為合金材料的基本組成相，而非金屬化合物是

9、合金原料或熔煉過程帶來的，數(shù)量少且對合金性能影響很壞，因而一般稱為非金屬夾雜。25 包括：正常價(jià)化合物、電子化合物（電子相）、 間隙化合物 。三、三、 金屬化合物金屬化合物26三、金屬化合物三、金屬化合物 1 正常價(jià)化合物 （1）形成：電負(fù)性差起主要作用，符合原子價(jià)規(guī)則。 （2）鍵型：隨電負(fù)性差的減小，分別形成離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵。 （3）組成：AB或AB2。 27 2 電子化合物（電子相） （1）形成：電子濃度起主要作用，不符合原子價(jià)規(guī)則。 （2）鍵型：金屬鍵（金屬金屬）。 （3）組成：電子濃度對應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)，可用化學(xué)式表示，可形成以化合物為基的固溶體。三、金屬化合物 28三、金屬化合物 3

10、 間隙化合物 （1）形成：尺寸因素起主要作用。 （2）結(jié)構(gòu)：間隙化合物：具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，主要是鐵、鈷、鉻、錳的化 合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如Fe3C。間隙化合物（間隙相）：晶體結(jié)構(gòu)簡單，金屬原子呈現(xiàn)新結(jié)構(gòu)，非金屬原子位于其間隙，結(jié)構(gòu)簡單。如面心立方VC。 （3）組成：可用化學(xué)式表示，可形成固溶體，復(fù)雜間隙化合物的金屬元素可被置換。293031三、 金屬化合物 4 金屬化合物的特性 （1）力學(xué)性能：金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，高硬度、低塑性，硬而脆。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，通常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。金屬化合物是工具鋼、高速鋼等鋼中的重要組成相。（2）物化性能：具有電學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)

11、性質(zhì)等，可用于半導(dǎo)體材料、形狀記憶材料、儲(chǔ)氫材料等。32 均一的、保持熔劑金屬的晶體結(jié)構(gòu) 晶格常數(shù)發(fā)生一定變化1. 1. 晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.2合金的相結(jié)構(gòu)332. 2. 固溶體的分類固溶體的分類 按溶質(zhì)原子所占據(jù)的位置按溶質(zhì)原子所占據(jù)的位置置換固溶體置換固溶體：溶質(zhì)原子一般為半徑相差不大的原子間隙固溶體間隙固溶體：溶質(zhì)原子半徑小的非金屬原子 （H、O、N、C、B）3.2合金的相結(jié)構(gòu)34 按固態(tài)溶解度分：按固態(tài)溶解度分：有限固溶體有限固溶體：間隙固溶體只能是有限固溶體無限固溶體無限固溶體：無限固溶體只能是置換固溶體形成無限固溶體的必備條件：形成無限固溶體的必備條件： 置換固溶體 組元點(diǎn)

12、陣相同 原子尺寸相差不大 負(fù)電性相同 按溶質(zhì)原子在晶格中的分布狀態(tài)分：按溶質(zhì)原子在晶格中的分布狀態(tài)分： 有序固溶體、無序固溶體3.2合金的相結(jié)構(gòu)353.3.固溶體的性能固溶體的性能固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：固溶體的強(qiáng)度、硬度隨溶質(zhì)原子濃度升高而明顯增加，塑性、韌性稍有下降，這種現(xiàn)象稱為 。金屬材料重要的強(qiáng)化強(qiáng)化方式之一，固溶體具有良好的綜合機(jī)械性能（強(qiáng)硬度、塑韌性的綜合），一般作為合金的基體相基體相。3.2合金的相結(jié)構(gòu)36 不論形成置換固溶體還是間隙固溶體，由于溶質(zhì)原不論形成置換固溶體還是間隙固溶體，由于溶質(zhì)原子和溶劑原子大小不一，化學(xué)性質(zhì)也不盡相同，都子和溶劑原子大小不一，化學(xué)性質(zhì)也不盡相同，都造成固溶體的晶格畸變，導(dǎo)致固溶體的強(qiáng)度和硬度造成固溶體的晶格畸變，導(dǎo)致固溶體的強(qiáng)度和硬度升高，即發(fā)生固溶強(qiáng)化升高，即發(fā)生固溶強(qiáng)化 。 固溶體中溶質(zhì)原子引起的晶格畸變示意圖 （a）正畸變 （b）負(fù)畸變(a)(b)37正常晶格正常晶格大原子置換引起的晶格畸變大原子置換引起的晶格畸變小原子置換引起的晶格畸變小原子置換引起的晶格畸變間隙原子引起的晶格畸變間隙原子引起的晶