金相切割机合金的晶体结构
时间：2024-08-13 阅读：182
| 金相切割机合金是指采用熔炼、烧结或其他方法将两种或两种以上的金属或金属与非金属组合而成的具有金属 性质的材料。对合金的分析研究往往 |
金相切割机合金是指采用熔炼、烧结或其他方法将两种或两种以上的金属或金属与非金属组合而成的具有金属 性质的材料。对合金的分析研究往往要从其组元、组成相以及相的晶体结构出发。恒仪硬度计&金相制样设备  1.4.1金相切割机合金的组元、相及组织 组成合金的基本的独立的物质被称为组元。组元一般为金属或非金属元素，也可以是化合物。例如， 从成分上讲，工业上应用普遍的碳钢和铸铁是主要由铁和碳两种元素组成的合金,但有时将之作为铁和 渗碳体作两种组元组成的合金材料。 固态合金中的基本组成部分是相。相是合金中具有同一晶体结构和性质以及均勻化学成分的、以一 定界面相互隔开的部分。由一种相组成的合金称为单相合金，由几种相组成的合金称为多相合金。固态 合金相基本上分为固溶体和中间相两大类。 金相切割机合金相中，组成的组元原子能够以不同比例均匀混合，其晶体结构与某一组元相同的合金相称为固溶 体。合金相中，组成的组元原子以固定比例结合，其晶体结构与组成组元均不相同的合金相称为化合物或 中间相。 金属材料中由相或合金相基本构成的组成结构统称为组织，可以宏观(低倍)观察，如金属凝固组织、 宏观枝晶偏析组织等;更多的是从微观(显微镜)观察分析，如铁素体组织、珠光体组织等。 1. 4. 2金相切割机固溶体 固溶体的晶体结构与溶剂相同。根据溶质原子占据固溶体晶体结构中的位置，固溶体分为置换固溶 体和间隙固溶体。  当溶质原子溶人溶剂中，溶质原子占据溶剂原子应占的位置，或者说，溶剂原子被溶质原子所置换，这 种固溶体称置换固溶体。如果溶质原子存在于溶剂原子间的间隙中，这种固溶体称间隙固溶体。 固溶体按组元之间的溶解度不同，分为无限固溶体和有限固溶体。在有限固溶体中，溶解度与温度有 关，多数是随温度升高而增大。 1. 金相切割机置换固溶体 金属元素之间一般都能形成置换固溶体。影响溶解度的因素主要取决于以下几个因素（Hume~R〇th- ery规则）。 (1) 电化学因素（电负性因素） 电负性是指原子吸引电子的亲和力（affinity)，越易吸引电子形成负离子的元素，其电负性越大。各元 素的电负性值如图1-16所示。电负性值具有一定的周期性，与元素在周期表中的位置有关。一般，在同 一族中，电负性由上至下逐渐减小，在同一周期中，电负性由左至右（即随原子序数增大)逐渐增大。电负 性相近的元素之间的溶解度越大。电负性相差很大的元素易形成化合物。  (2) 金相切割机原子尺寸因素 应用溶剂A与溶质B原子的半径之差^一^与溶剂原子半径之比加以判断。当 △r<15%时，有利于形成溶解度大的固溶体，当ar>15%时，溶解度变小，这因为溶剂晶体发生点阵畸变 而使系统能量升高，结构稳定性降低。 (3) 金相切割机合晶电子浓度因素 电子浓度是指合金相中各组元价电子总数e与原子总数a的比值 实验结果表明，一价Cu中加人Zn(2价）、Ga(3价）、Ge(4价）、As(5价）的最大溶解度摩尔分数分别 为38at%、20at%、12at%和7at%;—价Ag中加人Cd(2价）、In(3价）、Sn(4价）、Sb(5价）的最大溶解度 分别为42at%、2〇at%、12at%和7at%:这两组数据非常接近。进一步分析得出，计算它们的e/a都近似地 等于1.4。这数字被视为极限电子浓度。极限电子浓度与溶剂晶体结构有关:对1价fee和bcc结构的极 限电子浓度分别为1.36%和1.48%。超过极限电子浓度时，固溶体就不稳定，会形成另外的相。至今对 如何确定过渡族元素的价电子数还存在争议。 (4)金相切割机晶体结构 1.A，B两组元的晶体结构相同时，才能形成无限固溶体。图1-17为两组元不断置换的示意图。如果 两组元的晶体结构不同，组元之间的溶解度一定是有限的。当形成有限固溶体时，溶质和溶剂组元的晶体 结构相同的，其溶解度通常比不同晶体结构溶质的大。 參 2. 金相切割机合晶 间隙固溶体 溶剂组元A和溶质组元B形成合金时，如果Ar>30%，不易形成置换固溶体。当Ar>41 %时，一旦 B组元的原子半径接近A组元晶体中某些间隙的半径时，B组元原子可能进入A组元晶体的间隙位置，形 成间隙固溶体。 3种典型金属晶体的间隙尺寸都比较小，形成间隙固溶体的溶质原子B通常是原子半径小于0. lnm 的一些非金属元素，即H、0、N、C和B(硼）等，其rB分别是0• 046、0. 060、0. 071、0. 077和0• 097nm。当它 们溶入溶剂晶体中时会使点阵发生畸变，点阵常数增大，引起材料的强化。 间隙固溶体的溶解度与溶剂的晶体结构和温度有关。一般温度升高，固溶度增大。溶剂组元晶体结 构中间隙半径较大时的间隙原子固溶度较大。如C在7-Fe中（fee)和a-Fe(bcC)中的最大固溶度分别为 2. llwt%(l 148°C时）和0.021 8wt%(727°C时）。这因为C原子均处于7-Fe和a-Fe的八面体间隙位置， 前者的尺寸大于后者(0.414r>0. 154r)。实际上，bee的a-Fe八面体间隙位置在〈100>晶向间隙小于四面 体间隙(0. 29 r)，但在〈110>晶向上间隙却为0• 633 比四面体间隙大得多（见表1 - 6)。所以，碳原子挤 人八面体间隙只要推开Z轴方向的上下两个Fe原子即可，比挤入四面体间隙要同时推开4个Fe原子容 易——当然，引起的畸变是非对称的四方形畸变。 4. 金相切割机合晶 固溶体的一些特性 固溶体在微观是不均勻的。固溶体中溶质原子分布有无序、偏聚、部分有序和有序几种（见 图1-18)。这些分布状态主要取决于同类原子间的结合能■EAAIE'BB和异类原子间结合能EAB的相对大小： 如果三者相近，则溶质原子倾向于呈无序分布，为无序固溶体；当同类原子间结合能大于EAB时，溶质原子 易呈偏聚状态；当£AB>£BB或EAA时，溶质原子会呈部分有序排列。对于某些合金，当溶质溶解度达到一 定原子分数时则会呈有序排列。这种固溶体称有序固溶体，这种点阵结构有时也称超结构。 有序固溶体在加热到某一温度以上时，将转变为无序固溶体;无序固溶体冷却到该温度以下时，又会 转变为有序固溶体:这种转变称有序化，会引起材料性能的突变。 溶质原子溶人溶剂原子形成固溶体，会导致固溶体的点阵常数、力学性能、物理和化学性能产生不同 程度的改变，引起强度、硬度等力学性能的提高，称为固溶强化。 |