《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 固体结构 2.3 合金相结构

2.3合金相结构2.3.1固溶体2.3.2中间相

2.3 合金相结构 ⚫2.3.1固溶体 ⚫2.3.2中间相

合金两种或两种以上的金属或金属与非金属组合而成、具有金属特性的物质。组成合金的基本的、独立的物质为组元。组元可以是金属、非金属元素、化合物。合金分为固溶体和中间相两大类。2.3.1固溶体以某一组元为溶剂，其晶体结构中溶入其他组元原子（溶质原子）形成均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型按溶质原子在溶剂点阵中所处的位置，分为置换固溶体和间隙固溶体

合金 两种或两种以上的金属或金属与非金属组合而成、具有金属 特性的物质。组成合金的基本的、独立的物质为组元。组元可以 是金属、非金属元素、化合物。合金分为固溶体和中间相两大类。 2.3.1固溶体 以某一组元为溶剂，其晶体结构中溶入其他组元原子（溶质原子） 形成均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。 按溶质原子在溶剂点阵中所处的位置，分为置换固溶体和间隙固 溶体

置换固溶体溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换溶剂点阵的部分溶剂原子的固溶体称为置换固溶体。但溶解金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，度不同，有些能无限溶解，有的只能有限溶解，a.晶体结构b.原子尺寸影响溶解度的因素：C.化学亲和力（电负性）d.原子价

置换固溶体 溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换溶 剂点阵的部分溶剂原子的固溶体称为置换固溶体。 金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，但溶解 度不同，有些能无限溶解，有的只能有限溶解。 a.晶体结构 b.原子尺寸 c.化学亲和力（电负性） d.原子价 影响溶解度的因素：

无限置换固溶体中两组元素原子置换示意图动态示意图TplayOstop过程分开示意图0.1

逐一置换

1.晶体结构晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。只有当组元A和B的结构类型相同时，B原子才有可能连续不断地置换A原子。如果两组元的晶体结构类型不同，组元间溶解度有限。形成有限固溶体时，溶质元素与溶剂元素结构类型相同，则溶解度大。2.原子尺寸因素在其他条件相近的情况下，原子半径差△r15%时，△r越大，则溶解度越小

1.晶体结构 晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必 要条件。只有当组元A和B的结构类型相同时，B原子 才有可能连续不断地置换A原子。如果两组元的晶体 结构类型不同，组元间溶解度有限。形成有限固溶体 时，溶质元素与溶剂元素结构类型相同，则溶解度大。 2.原子尺寸因素 在其他条件相近的情况下，原子半径差 △r<15％时，有利于形成溶解度较大的固溶体；而当 △r≥15％时，△r越大，则溶解度越小

合金元素在铁中的溶解度室温下在α-Fe中在y-Fe中最人在α-Fe中最人元豪结构类型溶解度/%辫解度/%的溶解度/%六金方型C2.110.02180.008(600)刚石简N单方立2.80.10.001100)交方正大B0.018--0,0260.00820.001H0.00010.00080.003交P正~1.20.32.55Al面心立方350.625~363T体心立方（882C）Ti0.637-92.5(600）α-Ti密排六方（882℃C）B2+体心立方（862C）Zr0.7~0.30.3(385℃)-Zr密排六方（862C）V体心立方1001001.4a-Fe1.8(989C)Nb体心立方2.00.1~0.2$Fe4.5(1360C)Mo体心立方37.531.4W体心立方~3.235.54.5(700C)Cr体心立方12.8100100-Mn体心立方（1133C）Mn-M面心文方0951133）100~33a，qMn复杂立方（1095C）B-Co面心立方（450）Co7610076a-Co密排六方（450C）Ni100~10面心立方10C.u面心文方0.2+82.13Si15金刚石型2.1518.5

合金元素在铁中的溶解度

3.化学亲和力（电负性因素）溶质元素与溶剂元素间的化学亲和力愈强，即合金组元间电负性差愈大，倾向于生成化合物而不利于形成固溶体：生成的化合物愈稳定，则固溶体的溶解度就愈小。只有电负性相近的元素才可能具有大的溶解度电负性与原子序数有关，呈一定的周期性同一周期内，电负性自左向右（即随原子序数增大）而增大：同一族中，电负性由上到下逐渐减少

3.化学亲和力(电负性因素) 溶质元素与溶剂元素间的化学亲和力愈强，即合金组元间电 负性差愈大，倾向于生成化合物而不利于形成固溶体； 生成的化合物愈稳定，则固溶体的溶解度就愈小。只有 电负性相近的元素才可能具有大的溶解度。 电负性与原子序数有关，呈一定的周期性。 同一周期内，电负性自左向右(即随原子序数增大)而增大； 同一族中，电负性由上到下逐渐减少

车0.Ch-NoBreAuS.C中+RhKuonPdOsa·PtAteAsP+TeCurB.TCIr中RioPoFeCAgSiRes电ESbGeMo零一T中V8SnG0Wo电PbNig.GaCaoCrBeNbeTI8IrtAisTioPaaMinTuonZroSctTheHfLa-LuMgeYaAco Np.StaCat泰Ba+Za.RatL-tK.RbePT$Cse心工304050577180A102090原子序数Z元素的电负性（虚线表示铁的电负性数值）

元素的电负性(虚线表示铁的电负性数值)

4.原子价因素实验表明，当原子尺寸因素较为有利时在某些以一价金属(如Cu，Ag，Au)为基的固溶体中，溶质的原子价越高，其溶解度越小。溶质原子价的影响实质上是“电子浓度”所决定的。电子浓度是合金中价电子数目与原子数目的比值，即e/a。合金中的电子浓度计算：A(100 - x)+ Bxe/a=100式中A，B分别为溶剂和溶质的原子价，x为溶质的原子数分数（%）。固溶体的极限电子浓度为1.4。超过此值时，固溶体不稳定，形成另外的相

溶质原子价的影响实质上是“电子浓度”所决定的。电子 浓度是合金中价电子数目与原子数目的比值，即e/a。合 金中的电子浓度计算： 式中A，B分别为溶剂和溶质的原子价，x为溶质的原子数 分数(％)。固溶体的极限电子浓度为1.4。超过此值时，固 溶体不稳定，形成另外的相( ) 100 100 / A x Bx e a − + = 4.原子价因素 实验表明，当原子尺寸因素较为有利时， 在某些以一价金属(如Cu，Ag，Au)为基的固溶体中，溶质 的原子价越高，其溶解度越小

110091502900Cu-CaCu-Zn823Cu-689700CurA5铜合金的固相线和固500溶度曲线300203001040原子数分数/%

铜合金的固相线和固 溶度曲线