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第四章 材料的相结构及相图 1、组成材料最基本的、独立的物质称为组元，或简称元。组元可以是纯元素，也可以是化合 物。材料可由单一组元组成，也可以由多种组元组成。 2、所谓合金，是指由两种或两种以上的金属，或金属与非金属经熔炼或用其他方法制成的具 有金属特性的物质。 3、以合金中某一组元作为溶剂，其他组元为溶质，所形成的与溶剂有相同晶体结构、晶格常 数稍有变化的固相，称为固溶体。 4、根据固溶体的不同特点，可以分为不同类型，如：按溶质原子在溶剂晶格中所占位置，可 以分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度的大小，固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶 体；还可按溶质原子与溶剂原子的相对分布情况分为无序固溶体和有序固溶体。 5、置换固溶体是指溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体；间隙固溶体是指溶 质原子进入溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体，溶质原子不占据晶格的正常位置。 6、有限固溶体是指在一定条件下，溶质原子在溶剂中的溶解度有一极限的固溶体；无限固溶 体是指溶质与溶剂可以任何比例互相溶解。通常以摩尔分数x大于50%的组元称为溶剂，x小 于50%的组元称为溶质。 7、如果溶质原子统计式地或概率地分布在溶剂的晶格中，它占据溶剂晶格的结点位置，或是 占据着溶剂晶格的间隙中，没有秩序性或规律性，这种固溶体称为无序固溶体；当固溶体中溶 质原子按一适当比例并依一定顺序和一定方向围绕在溶剂原子周围，形成有规律的排列，这种 固溶体便称为有序固溶体。有序固溶体可以是间隙式的，也可以是置换式的。 8、置换固溶体的溶解度以以下几个因素有关： （1）尺寸因素：由于溶质原子与溶剂原子的尺寸不可能完全相同，当溶质原子溶入溶剂晶格 后会引起晶格的点阵畸变，会使晶体能量升高，这种升高的能量称为晶格畸变能。畸变能越 高，晶格便越不稳定。单位体积畸变能的的大小与溶质原子溶入的数量以及溶质原子的相对尺 寸差别有关。这种差别可用溶剂原子半径r 及溶质原子半径r 之差与溶剂原子半径的比值来 A B r −r 描述，即∆r= A B 。∆r越大，一个溶质原子引起的点阵畸变能也就越大，溶质原子能溶 r A 入溶剂中的数量便越少，固溶体的溶解度就越小；相反，当 较小时，可获得较大固溶度的 ∆r 固溶体，如果其他条件有利甚至还可以形成无限固溶体。 （2）晶体结构因素：组元间晶体结构相同时，固溶度一般都较大，而且有可能形成无限固溶 体。若组元间晶体结构不同，便只能形成有限固溶体。 （3）电负性差因素：两元素电负性差越小，则越容易形成固溶体，而且所形成的固溶体的溶 解度也就越大；随两元素间电负性差增大，固溶度减小，当溶质与溶剂的电负性差很大时，往 往形成比较稳定的金属化合物。 （4）电子浓度因素：在有些合金中，固溶度的主要影响因素是电子浓度。超过极限电子浓 度，固溶体就不稳定，便会形成新相。极限电子浓度与溶剂的晶体结构有关。 9、只有原子半径接近溶剂晶格某些间隙半径的溶质原子，才有可能进入溶剂晶格的间隙中而 形成间隙固溶体。这些溶质原子通常都是一些原子半径小于0.1mm 的非金属元素，溶剂元素 则都是过渡族元素。尽管溶质原子的半径很小，但仍较溶剂的晶格间隙大，当它们溶入溶剂晶 格的间隙时，都会使溶剂晶格产生畸变，点阵常数增大，畸变能升高。间隙固溶体只能是有序 固溶体，它们的溶解度都很小。 10、无论是置换固溶体还是间隙固溶体，均能引起固溶体的硬度、强度升高。对置换固溶体， 溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，溶质原子的浓度越高，其强化效果就越大。这种由于溶 质原子的固溶而引起的强化效应，称为固溶强化。 11、溶质原则在溶剂晶格中的分布状态，主要取决于固溶体中同类原子结合能与异类原子间结 合能的相对大小；当同类原子间结合能大于异类原子间结合能时，溶质原子便倾向于聚集在一 起，呈偏聚状态；当同类原子间结合能小于异类原子结合能时，溶质原子便倾向于按一定规则 有序排列。 12、如果溶质原子的有序分布只在短距离小范围存在，称为短程有序或部分有序；如果全部都 达到有序状态，则称为长程有序或完全有序。溶质原子呈完全有序分布的固溶体，称有序固溶 体，这种有序结构称为超结构或超点阵。有序固溶体在某一温度以上可转变为无序固溶体，重 新冷却到该温度以下时又转变成有序固溶体，这一转变过程称为有序化，发生有