•相
➢ 在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部 分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相.
合金的结构和结晶
二、合金中的相结构
• 相结构，实指合金的晶体结构 • （一）固溶体 • 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格
类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。 • （二）金属化合物 • 定义：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不
• 例：Ｆe与Ｆe ３ Ｃ——Ｐ、Ｓ、Ｔ、Ｓ 回 、Ｔ回、组织
合金的结构和结晶
铁碳合金的结晶组织金相像片
合金的结构和结晶
§2 二元合金相(状态)图
• 一、相图的意义及相关概念 • 二、二元合金状态图的建立 • 三、平衡相组成的分析 • 四、二元状态图的基本类型分析
合金的结构和结晶
一相图的相关概念
• 在这些化合物中，Fe3C和β相均具有相当程度的金属键及 一定的金属性质，是一种金属物质，称为金属化合物，而 FeS、MnS具有离子键，没有金属性质，属于一般的化合 物，因而又称为非金属化合物。在合金中，金属化合物可 以成为合金材料的基本组成相，而非金属化合物是合金原 料或熔炼过程带来的，数量少且对合金性能影响很坏，因 而一般称为非金属夹杂。
同于任一组元的新相称之为金属化合物。
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固溶体
固溶体中的晶格畸变示意图
• 间隙固溶a体)间隙固溶体 b)置换置固换溶体固溶体
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置换固溶体
• 溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成 的固溶体称置换固溶体。
• 溶质原子在溶剂晶格结点上呈无序分布的置换固溶 体称为无序固溶体；溶质原子在溶剂晶格结点上按 一定秩序排列的置换固溶体称有序固溶体。显然， 只有当溶质原子和溶剂原子成一定比例时，才有可 能形成有序固溶体。
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化合物
• 若新相的晶格结构不同于任一组成元素，则新相是组成元 素间相互作用而生成的一种新物质，属于化合物，如碳钢 中的Fe3C，黄铜中的β相（CuZn）以及各种钢中都有的 FeS、MnS等等，都是化合物。
• 金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶格类型完 全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗碳体（Fe3C） 是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的 晶格形式。
• (３)间隙化合物（尺寸因素化合物）
• 间格隙结相构： 。例d非：／Ｗd Ｃ金＜、０Ｔ.IＣ５９
具有比较简单的晶
• 间例隙：化Ｆ合e３物Ｃ：dＣ非／r２d３金Ｃ＞6０ .５９ 具有的复杂结构。
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金属化合物
金属化合物的性能不同于任一组元，其溶 点一般较高、硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分 布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度
合金的结构和结晶
固溶体的性能
• 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于 溶质原子的存在都会使晶格发生畸变，使 其性能不同于原纯金属。
• 当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能 与溶剂金属基本相同。随溶质含量的升高， 固溶体的性能将发生明显改变，其一般情 况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧 性有所下降，电阻率升高，导电性逐渐下 降等。
• 此外，按照溶解度的大小，置换固溶体，又可分为 无限置换固溶体和有限置换固溶体。
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间隙固溶体
• 溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体， 即间隙固溶体，间隙固溶体仍保持着溶剂金属的晶 格类型。
• 已有研究表明，当溶质元素的原子直径与溶剂元素 的原子直径之比小于0.59时，易于形成间隙固溶体， 而在直径大小差不多的元素之间易于形成置换固溶 体。且溶质原子在间隙固溶体中只能呈统计分布， 形成无序固溶体，而且当溶剂晶格间隙被溶质原子 填充到一定程度后就不能再继续溶解，多余的溶质 原子将以新相出现，因此，间隙固溶体的溶解总是 有限的，间隙固溶体总是有限固溶体。
合金的结构和结晶
化合物的原子价规律， 成分固定，可用化学式表示。
• （２）电子化合物：是由第一族元素，过渡族元素与 第二至第五族元素结合而成。
服从电子浓度规律，即当合金的电子浓度达到某一 数值，变形成具有某种晶格结构的化合物相。例：
Ｃu －Ｚn β-γ-ε
和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。
金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是 许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成 相。
绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金 属化合物组成的混合物，其性质取决于固溶体 与金属化合物的数量、大小、形态和分布状况。
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组织
• 组织(是一种显微尺度)在金属和合金中，用 肉眼、低倍放大镜或普通金相显微镜，可 观察到的金属或合金内部晶体(微观)形貌。 它是由单相物质或多相物质组合成的，具 有一定形态特征的聚合体.
• §1 合金中的相结构 • §2 二元合金状态图 • §3相图与合金性能的关系
合金的结构和结晶
§1 合金中的相结构
一、合金的基本概念
• 合金 ➢通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一 种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特 性的新物质，称为合金。
• 组元 ➢组成合金的最基本的、独立的物质称为组元
• 1． 组元：
通常把组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质 称为组元。但在所研究的范围内既不分解也不发生任何化 学反应的稳定化合物也可称为组元，如Fe3C看作一组元。 • 2． 合金系 由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成 分的合金，称为合金系。 • 3．相图 用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相 图，又称状态图或平衡图。 相图上所表示的组织都是十分缓慢冷却的条件下获得的，
合金的结构和结晶
固溶体的性能
不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代 替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变， 使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、 硬度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，
使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为固 溶强化。
固溶强化是提高金属材料力学性能的重要途径之
一。实践表明，适当控制固溶体中的溶质含量， 可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时， 仍能保持良好的塑性和韧性。因此，对综合力 学性能要求较高的结构材料，都是以固溶体为 基体的合金。