合金相结构

更新时间：2024-03-18 点击次数：567次

1. 关于合金的概念

(1) 合金

合金是指由两种或两种以上的元素 ( 主要是金属元素) 熔合在一起组成的具有金属特性的物质。例如, 钢、铸铁、黄铜、硬铝等都是合金。合金除具有纯金属的基本特性外, 还具有纯金属不具有的一些力学性能和物理化学性能指标。

(2) 组元

组成合金***基本的、独立的物质称为组元。组元一般是指组成合金的纯元素, 或是稳定的化合物, 如铁碳合金中的 Fe3C。

(3) 合金系

由若干个给定组元可以配制成一系列成分不同的合金称为合金系。例如, Fe - C 合金系。根据组元数目的多少可称为二元合金系、三元合金系。

(4) 相

在合金系中, 具有相同的物理、化学性能并与该系统的其他部分以界面分开的这部分称为相。例如, 液态合金是一个相, 而在结晶过程中固体和液体并存, 即为两相。合金的性能主要是由组成合金的各个相的结构、性能、形态、分布和各相的相对量所决定的。要了解合金的性能, 必须先了解合金的基本相结构。

2. 合金的基本结构

由两种以上元素组成合金时, 在固态下合金的基本组织结构分为三类: 固溶体、化合物、机械混合物。

(1) 固溶体

1) 固溶体定义 所谓固溶体是指溶质原子溶入溶剂的晶格中而仍保持溶剂晶格类型的一种合金晶体。根据溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同, 固溶体又分为间隙固溶体和置换固溶体。

①间隙固溶体 溶质原子分布在溶剂晶格间隙位置而形成的固溶体叫间隙固溶体, 其结构示意图如图 1—7 所示。铁能与碳、氮、硼等非金属元素形成间隙固溶体。组成间隙固溶体的溶质组元都是一原子半径很小的非金属元素, 而溶剂组元多为过渡族金属元素。

晶格畸变对金属性能会产生很大影响, 是提高金属材料力学性能的重要途径之一。这种通过溶入溶质原子形成固溶体, 使金属材料的强度、硬度提高的现象称为固溶强化。例如,适当控制固溶体中溶质的含量, 可以使固溶体不但具有比纯金属高的强度和硬度, 同时仍具有良好的塑性和韧性。固溶体还具有比纯金属更高的电阻率、更小的电阻温度系数和线胀系数。实际使用的金属材料, 大多数是以固溶体作为合金中的基本相。

(2 ) 化合物

由多种元素按一定原子比数结合的物质称为金属化合物, 它的结构不同于组成元素的结构。金属化合物有一定的化学成分 ( 一般可用分子式来表示其组成 ) , 并具有与组成它的任一组元素完全不同的复杂晶格, 而且组元原子在晶格中占据有固定的位置。

金属化合物一般比纯金属熔点高, 硬而脆, 塑性、韧性差。当合金中存在有金属化合物时, 根据金属化合物本身的结构、性能及其在合金中的相对量、形状、大小和分布特点, 将对合金的性能产生不同的影响。

(3 ) 机械混合物

由两种以上的固溶体或由固溶体和化合物混合而构成的组织称为机械混合物。

在机械混合物中各个相仍保持各自的晶格和性能。机械混合物的性能取决于各组成相的性能及各相的数量、形状、大小及分布状况。机械混合物构成的合金比单相固溶体具有更高的强度和硬度, 而塑性、韧性及抗腐蚀能力比单相固溶体低。