工程材料純金屬的結(jié)晶

工程材料純金屬的結(jié)晶第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章材料的凝固與相圖內(nèi)容提要：

本章介紹材料的凝固規(guī)律與凝固后的晶體結(jié)構(gòu)類型、組織狀況及性能特點，將其歸結(jié)與一張相圖中的意義。重點闡明結(jié)晶條件、結(jié)晶過程、晶粒大小的控制和相圖第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、凝固與結(jié)晶的概念1.凝固物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。2.結(jié)晶

*物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成晶體的過程。

*物質(zhì)中的原子由近程有序排列向遠程有序排列的過程。引子：自然界的物質(zhì)通常都能夠以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)存在。并且在一定的條件下，它們可以發(fā)生互相轉(zhuǎn)變。第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體結(jié)晶都具有嚴格的平衡結(jié)晶溫度。而非晶體沒有。固體：是指能夠保持自己形狀的狀態(tài)，固體材料有晶體和非晶體，從液態(tài)到非晶體的凝固過程，在冷卻到一定溫度，材料的黏度增加到能保持自己形狀的狀態(tài)。晶體的形成過程包括，原始相可以是氣體(凝結(jié))、液態(tài)、非晶態(tài)的固體或從一種晶體轉(zhuǎn)變未另一種晶體。第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、凝固狀態(tài)的影響因素

引子：固體狀態(tài)下原子的排列方式有無規(guī)則排列的非晶態(tài)，也可以成為規(guī)則排列的晶體。決定因素有三方面。物質(zhì)的本質(zhì)：原子以那種方式結(jié)合使系統(tǒng)吉布斯自由能更低。溫度高時原子活動能力強排列紊亂能量低，而低溫下按特定方式排列結(jié)合能高可降低其總能量。這是熱力學的基本原則。能量最低原理熔融液體的粘度：粘度表征流體中發(fā)生相對運動的阻力，隨溫度降低，粘度不斷增加，在到達結(jié)晶轉(zhuǎn)變溫度前，粘度增加到能阻止在重力作用物質(zhì)發(fā)生流動時，即可以保持固定的形狀，這時物質(zhì)已經(jīng)凝固，不能發(fā)生結(jié)晶。例如玻璃、高分子材料。第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.熔融液體的粘度：粘度表征流體中發(fā)生相對運動的阻力，隨溫度降低，粘度不斷增加，在到達結(jié)晶轉(zhuǎn)變溫度前，粘度增加到能阻止原子遷移排列形成晶體，這時物質(zhì)已經(jīng)凝固，保持固定的形狀，不能發(fā)生結(jié)晶。例如玻璃、高分子材料。第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3、熔融液體的冷卻速度：冷卻速度快，原子擴散能力越差，到達結(jié)晶溫度原子來不及擴散重新排列就降到更低溫度，最終到室溫時難以重組合成晶體，可以將無規(guī)則排列固定下來。金屬材料需要達到106℃/s才能獲得非晶態(tài)。在一般生產(chǎn)過程的冷卻條件下，金屬材料凝固為晶體，這時的凝固過程也是結(jié)晶過程。第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)純金屬的結(jié)晶

2.1.1純金屬的結(jié)晶

金屬材料要經(jīng)過液態(tài)和固態(tài)的加工過程。

鋼材經(jīng)過冶煉、注錠、鍛造、軋制、機加工和熱處理等工藝過程。金屬澆注、冷卻后，液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬，獲得一定形狀的鑄錠或鑄件。冶煉注錠第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月液態(tài)金屬中金屬原子作不規(guī)則運動。在小范圍內(nèi)，原子會出現(xiàn)規(guī)則排列，稱短程有序。

短程有序的原子集團是不穩(wěn)定的，瞬時出現(xiàn)瞬時消失。液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)通常的固態(tài)金屬屬于晶體材料，金屬原子規(guī)則排列，叫長程有序。固態(tài)金屬結(jié)構(gòu)

金屬從液態(tài)到固體晶態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為一次結(jié)晶。簡稱金屬結(jié)晶。第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、純金屬結(jié)晶的條件純金屬（純銅）的冷卻曲線

冷卻速度越大,則開始結(jié)晶溫度越低,過冷度也就越大。

●de段

正在結(jié)晶，恒溫結(jié)晶。液態(tài)原子無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)時放出結(jié)晶潛熱，保持溫度不變。純銅的冷卻曲線中T0為純銅的熔點(理論結(jié)晶溫度),Tn為開始結(jié)晶溫度。●bc段

溫度低于理論結(jié)晶溫度,稱為過冷現(xiàn)象。理論結(jié)晶溫度T0與開始結(jié)晶溫度Tn之差叫做過冷度，用ΔT表示：ΔT=T0-Tn

第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月過冷現(xiàn)象與過冷度過冷現(xiàn)象過冷度

ΔT=T0–T1過冷是結(jié)晶的必要條件。第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月自發(fā)轉(zhuǎn)變的能量條件：自然界的一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，總是由一種較高能量狀態(tài)趨向于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)。在一定溫度條件下，只有引起體系自由能（即能夠?qū)ν庾鞴Φ哪遣糠帜芰浚┙档偷倪^程才能自發(fā)進行。第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)晶過程不是在任何情況下都能自動發(fā)生。自然界的一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程總是向著自由能降低的方向進行。在單一的組元情況下,自由能：1、能量條件兩曲線相交處的溫度T0，當溫度T=T0時，液相和固相的自由能相等，處于平衡共存，所以稱T0為臨界點，也就是理論凝固溫度。當T<T0時，從液體向固體的轉(zhuǎn)變使吉布斯自由能下降，是自發(fā)過程，發(fā)生結(jié)晶過程；反之，當T>T0時，從固體向液體的轉(zhuǎn)變使吉布斯自由能下降，是自發(fā)過程，發(fā)生熔化過程。所以結(jié)晶過程的熱力學條件就是溫度必須冷卻到理論結(jié)晶溫度T0以下才行。即過冷第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月液態(tài)金屬結(jié)晶條件：液態(tài)金屬要結(jié)晶，溫度必須低于理論結(jié)晶溫度T0，要有一定的過冷度ΔT，使金屬在液態(tài)和固態(tài)之間存在自由能差ΔF。液態(tài)金屬結(jié)晶的動力：ΔF

交點對應的溫度T0即為理論結(jié)晶溫度。第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、結(jié)構(gòu)條件瞬時出現(xiàn)短程有序的原子集團，即結(jié)構(gòu)起伏第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、結(jié)晶的過程包括兩個基本過程：形核、長大第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.形核液態(tài)金屬內(nèi)部生成一些極小的晶體作為結(jié)晶的核心。生成的核心叫做晶核。

(1)自發(fā)形核

(2)非自發(fā)形核老師提示

實際金屬結(jié)晶時，以非自發(fā)形核為主。晶核形成、晶體長大時晶體表面能的增加是金屬結(jié)晶的阻力。第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月自發(fā)形核在一定的過冷度下，液體中若出現(xiàn)一固態(tài)的晶體，該區(qū)域的能量將發(fā)生變化，一方面一定體積的液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，體積自由能會下降，另一方面增加了液－固相界面，增加了表面自由能，因此總的吉布斯自由能變化量為：其中ΔGV為單位體積內(nèi)固液吉布斯自由能之差，V為晶體的體積，σ為界面能，A為界面的面積。一個細小的晶體出現(xiàn)后，是否能長大，決定于在晶體的體積增加時，其自由能是否為下降。

存在過冷的液體，依靠自身的原子運動可能形成晶核，這種方式稱為自發(fā)形核。1.能量變化第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月在一定過冷度下，ΔGV為負值，而σ恒為正值。可見晶體總是希望有最大的體積和最小的界面積。設ΔGV和σ為常數(shù)，最有利的形狀為球。設球的半徑為r，有：這里rc稱為臨界尺寸，當細小晶體的半徑大于臨界尺寸，晶體長大時吉布斯自由能下降，這種可以長大的小晶體稱為晶核。如果它的半徑小于臨界尺寸，晶體長大時吉布斯自由能將上升，自發(fā)過程為不斷減小到消失。2.臨界大小第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月熔體的溫度在熔點附近時，盡管處在液態(tài)，即總體的排列是無序的，但局部的小區(qū)域并非靜止不動的，原子的運動可造成局部能量在不斷變化，其瞬間能量在平均值的上下波動，對應的結(jié)構(gòu)(原子排列)在變化，小范圍可瞬間為接近晶體的排列，其范圍大小對應的能量于平均能量之差ΔG如上所述，這就稱為“能量起伏”和“結(jié)構(gòu)起伏”。

對于過冷液體，出現(xiàn)ΔG大小差別的幾率正比于小于臨界尺寸的(也稱為晶胚)下一步減小到消失，大于臨界尺寸的可能不斷長大，也就是晶核。等于臨界尺寸大小的晶核高出平均能量的那部分稱為“形核功”。過冷度愈小，固－液自由能差也小，臨界尺寸大，形核功也高，出現(xiàn)的幾率也小。太小的過冷度在有限的時空范圍內(nèi)不能形核，即形核要求有基本的過冷度。

3.晶核的來源第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.晶體的長大晶體的長大有兩種方式:

(1)平面長大冷卻速度較慢時，晶體表面向前平行推移長大。不同晶面的垂直方向上的長大速度不同。沿密排面的垂直方向上的長大速度最慢。晶體獲得表面為密排面的規(guī)則形狀。平面長大的規(guī)則形狀晶體平面長大第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)樹枝狀長大冷卻速度較快時，晶體的棱角和棱邊的散熱快，長大較快，成為晶枝。優(yōu)先形成的晶枝稱一次晶軸，在一次晶軸增長時，在側(cè)面生出新的晶枝，即二次晶軸。其后又生成三次晶軸、四次晶軸。結(jié)晶后得到具有樹枝狀的晶體。樹枝狀長大的樹枝狀晶體實際金屬結(jié)晶時，晶體多以樹枝狀長大方式長大。樹枝狀長大第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月實際金屬結(jié)晶時，晶體多以樹枝狀長大方式長大。第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月長大條件

從熱力學分析可知，要使系統(tǒng)的自由能下降，在液—固界面附近的部分液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，依然要求在界面附近要存在過冷度，前面冷卻曲線上平臺和理論結(jié)晶溫度之差就是長大所要求的過冷度，也稱為“動態(tài)過冷度”。金屬材料的動態(tài)過冷度很小，僅0.01—0.05℃，而非金屬材料的動態(tài)過冷度就大得多。若液—固界面處于平衡，則界面的溫度應該為理論結(jié)晶溫度。長大速度凝固過程中，晶體在不斷長大，界面在單位時間向前推移的垂直距離稱為長大線速度。第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月正溫度梯度下晶體的長大(平面長大)正溫度梯度是指液—固界面前沿的液體溫度隨到界面的距離的增加而升高，這時結(jié)晶過程的潛熱只能通過已凝固的固體向外散失。平衡時界面的溫度為理論結(jié)晶溫度，液體的溫度高于理論結(jié)晶溫度。當通過已凝固的固體散失熱量時，達到動態(tài)過冷的部分液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，界面向前推移，到達理論結(jié)晶溫度處，生長過程將停止。所以這時界面的形狀決定于散熱，實際上為理論結(jié)晶溫度的等溫面。在小的區(qū)域內(nèi)界面為平面，局部的不平衡帶來的小凸起因前沿的溫度較高而放慢生長速度，因此可理解為齊步走，稱為平面推進方式生長。第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月負溫度梯度下晶體的長大（樹枝狀長大）負溫度梯度是指液—固界面前沿的液體溫度隨到界面的距離的增加而降低，這時結(jié)晶過程的潛熱不僅可通過已凝固的固體向外散失，而且還可向低溫的液體中傳遞。

在小的區(qū)域內(nèi)若為平面，局部的不平衡可帶來某些小凸起，因前沿的溫度較低而有利生長，因而凸起的生長速度將大于平均速度，凸起迅速向前發(fā)展，可理解賽跑的競爭機制，在凸起上可能再有凸起，如此發(fā)展而表現(xiàn)為數(shù)枝晶的方式長大。枝晶間的空隙最后填充，依然得到一完整的晶體。第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于樹枝晶：按樹枝方式生長的晶體稱為樹枝晶，先凝固的稱為主干，隨后是分支，再分支。值得指出的是：①純凈的材料結(jié)晶完畢見不到樹枝晶，但凝固過程中一般體積收縮，樹枝之間若得不到充分的液體補充，樹枝晶可保留下來；②生長中晶體分支受液體流動、溫差、重力等影響，同方向的分支可能出現(xiàn)小的角度差，互相結(jié)合時會留下位錯；③或材料中含有雜質(zhì)，在結(jié)晶時固體中的雜質(zhì)比液體少，最后不同層次的分枝雜質(zhì)含量不相同，其組織中可見樹枝晶。第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、晶粒尺寸晶粒的尺寸指統(tǒng)計描述晶粒的大小，各晶粒的大小和形狀并不全相同，這就是統(tǒng)計的含義，有多種來計量，例如單位體積內(nèi)的晶粒個數(shù)。在生產(chǎn)中用晶粒度，測定方法是在放大100倍下觀察和標準的進行對比評級，1－8級(有更高的)，級別高的晶粒細。級別的定義為在放大100下，每平方英寸內(nèi)1個晶粒時為一級，數(shù)量增加倍提高一級。用于計算的定量描述還用平均截線長來表示。

3、晶粒大小第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月晶粒度晶粒大小可用晶粒度來表示，晶粒度號越大晶粒越細。

晶粒度12345678單位面積晶粒數(shù)（個／mm2)16326412825651210242048晶粒平均直徑(mm)0.2500.1770.1250.0880.0620.0440.0310.022晶粒度表一般情況下,晶粒越小,金屬的強度、塑性和韌性越好。使晶粒細化,提高金屬機械性能的方法稱為細晶強化。第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

☆老師提示：重點內(nèi)容

金屬結(jié)晶后，獲得由大量晶粒組成的多晶體。一個晶粒是由一個晶核長成的晶體。實際金屬的晶粒在顯微鏡下呈顆粒狀。2.1.3細化鑄態(tài)金屬晶粒的措施第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月細化鑄態(tài)金屬晶粒措施1.增大金屬的過冷度

成核速率N：單位時間單位體積形成的晶核數(shù),個/m3·s長大速度G：單位時間晶體長大的長度,m/s

成核速率N大,結(jié)晶后晶粒多,晶粒細小;長大速度G快,晶粒粗。實際工程中，過冷度常處于曲線的左邊部分。隨著過冷度的增大，成核速率和長大速度都增大，成核速率增大更快，比值N/G也增大,晶粒細化。第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

增大過冷度的主要方法：

提高液態(tài)金屬的冷卻速度。采用冷卻能力較強的模子。采用金屬型鑄模,比采用砂型鑄模獲得的鑄件晶粒要細小。超高速急冷技術(shù)可獲得超細化晶粒的金屬、亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬。非晶態(tài)金屬具有特別高的強度和韌性、優(yōu)異的軟磁性能、高的電阻率、良好的抗蝕性等。第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.變質(zhì)處理

在液體金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑，以細化晶粒和改善組織的方法叫變質(zhì)處理。

變質(zhì)劑的作用：增加晶核數(shù)量，阻礙晶核長大。如：

●鋁合金液體中加入鈦、鋯，

●鋼水中加入鈦、釩、鋁，

●鑄鐵中加入硅鐵、硅鈣、硅鈣鋇合金，都可使晶粒細化。

第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.振動

在結(jié)晶過程中采用機械振動、超聲波振動方法，破碎正在生長中的樹枝狀晶體，形成更多的結(jié)晶核心，獲得細小的晶粒。

4.電磁攪拌

將正在結(jié)晶的金屬置于一個交變電磁場中，由于電磁感應現(xiàn)象，液態(tài)金屬翻滾，沖斷正在結(jié)晶的樹枝狀晶體的晶枝，增加結(jié)晶核心，細化晶粒。第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)

合金的結(jié)晶合金

一種金屬元素同另一種或幾種其它元素,通過熔化或其它方法結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金的獨立的、最基本的單元。

組元可以是金屬、非金屬元素或穩(wěn)定化合物。一、合金的相結(jié)構(gòu)及性能相關(guān)概念第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二元合金：由兩個組元組成的合金。

如鐵碳合金、銅鎳合金、鋁銅合金等。合金的強度、硬度、耐磨性等機械性能比純金屬高許多；某些合金還具有特殊的電、磁、耐熱、耐蝕等物理、化學性能。合金的應用比純金屬廣泛得多。第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月相：

在金屬或合金中，凡化學成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開的均勻組成部分。

液態(tài)物質(zhì)為液相。固態(tài)物質(zhì)為固相。固態(tài)合金中有兩類基本相：

固溶體金屬化合物第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

組織

在金相顯微鏡下觀察，可以看到金屬材料內(nèi)部的微觀形貌。這種微觀形貌稱做顯微組織(簡稱組織)。

組織由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各種相組成。

金屬材料的組織可以由單相組成，也可以由多相組成。

第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、影響組織的因素

組織取決于化學成分和工藝過程。1、化學成分

不同碳質(zhì)量分數(shù)的鐵碳合金在平衡結(jié)晶后的室溫組織不一樣?！駡D(a)為純鐵的組織，叫鐵素體。

●圖(c)是碳質(zhì)量分數(shù)為0.77%的鐵碳合金的組織,叫珠光體。

(a)0.01%C(b)0.45%C(c)0.77%C(d)1.2%C鐵碳合金的室溫平衡組織第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、工藝

金屬材料的化學成分一定時,工藝過程是組織最重要的影響因素。

●純鐵經(jīng)冷拔后,等軸形狀的鐵素體晶粒變成拉長了的鐵素體晶粒。變形前變形后片狀珠光體

球狀珠光體

●碳質(zhì)量分數(shù)為0.77%的鐵碳合金室溫平衡組織為片狀珠光體。

球化退火后組織為球狀珠光體。第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、組織與性能的關(guān)系

材料的性能與組織密切相關(guān)。

●三種不同組織的灰口鑄鐵(a)組織為鐵素體和片狀石墨，σb為150MPa(b)組織為鐵素體和團絮狀石墨，σb為350MPa(c)組織為鐵素體和球狀石墨，σb為420MPa沖擊韌度最高的是(c),其次為(b),最低的是(a)

灰口鑄鐵的組織（a）（b）（c）第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月●純鐵冷拔前抗拉強度為180MPa。冷拔后（變形度為80%）抗拉強度為500MPa。

●碳含量為0.77%的鐵碳合金

室溫平衡組織中片狀Fe3C相,切削加工時,刀具磨損很厲害。球化退火后,Fe3C相變?yōu)榉稚⒌念w粒狀,切削時對刀具的磨損較小。老師提示

金屬的組織結(jié)構(gòu)由材料的成分、工藝所決定。金屬材料的性能由金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)所決定。不同組織結(jié)構(gòu)的材料具有不同的性能。第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1、固溶體固溶體合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相。溶劑與固溶體晶格相同的組元溶質(zhì)其他另一組元（含量較少）固溶體用α、β、γ等符號表示。A、B組元組成的固溶體也可表示為A(B),其中A為溶劑,B為溶質(zhì)。例如銅鋅合金中鋅溶入銅中形成的固溶體一般用α表示,亦可表示為Cu(Zn)。第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.固溶體的分類

（1）按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分

●置換固溶體:溶質(zhì)原子代換了溶劑晶格某些結(jié)點上的原子;

●間隙固溶體溶質(zhì)原子進入溶劑晶格的間隙之中。置換固溶體間隙固溶體第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）按溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度分

有限固溶體、無限固溶體兩種。

固溶體中溶質(zhì)的含量即為固溶體的濃度，用質(zhì)量分數(shù)或摩爾分數(shù)表示。在一定溫度和壓力條件下，溶質(zhì)在固溶體中的極限濃度即為溶質(zhì)在固溶體中的溶解度。

●有限固溶體

超過溶解度有其它相形成。

●無限固溶體

溶質(zhì)可以任意比例溶入，即溶質(zhì)溶解度可達100%。第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）按溶質(zhì)原子在固溶體中分布有否規(guī)律分

●無序固溶體：溶質(zhì)原子無規(guī)則分布●有序固溶體：溶質(zhì)原子規(guī)則分布無序固溶體有序固溶體有序化轉(zhuǎn)變：在一定條件下，一些合金的無序固溶體可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w。第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.固溶體的性能固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強度和硬度。通過形成固溶體使金屬強度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強化。固溶強化是金屬強化的一種重要形式。在溶質(zhì)含量適當時，可顯著提高材料的強度和硬度，而塑性和韌性沒有明顯降低。第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月如：

●純銅的σb為220MPa,硬度為40HB,斷面收縮率ψ為70%。

●當加入1%的鎳形成單相固溶體后,強度升高到390MPa,硬度升高到70HB,而斷面收縮率仍有50%。固溶體綜合機械性能很好,常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相。固溶體與純金屬相比,物理性能有較大的變化,如電阻率上升,導電率下降,磁矯頑力增大。第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、金屬化合物

合金組元相互作用形成的晶格類型和特性完全不同于任一組元的新相即為金屬化合物,或稱中間相。

金屬化合物一般熔點較高,硬度高,脆性大。

合金中含有金屬化合物時,強度、硬度和耐磨性提高,而塑性和韌性降低。第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.正常價化合物

嚴格遵守化合價規(guī)律的化合物。

由元素周期表中相距較遠、電負性相差較大的兩元素組成，可用確定的化學式表示。大多數(shù)金屬和ⅣA族、Ⅴ族、ⅥA族元素生成Mg2Si、Mg2Sb3、Mg2Sn、Cu2Se、ZnS、AlP及β-SiC等。

性能特點是硬度高、脆性大。第51頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電子化合物

不遵守化合價規(guī)律但符合于一定電子濃度(化合物中價電子數(shù)與原子數(shù)之比)的化合物叫做電子化合物。

由ⅠB族或過渡族元素與ⅡB族、ⅢA族、ⅣA族、ⅤA族元素所組成。

一定電子濃度的化合物相應有確定的晶體結(jié)構(gòu),并且還可溶解其組元,形成以電子化合物為基的固溶體。第52頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月生成電子化合物時,元素每個原子所貢獻的價電子數(shù)：

Au、Ag、Cu為1個Be、Mg、Zn為2個Al