杂质：由冶炼原材料及冶炼时所带入合金中的合金元素为杂质。对杂质 有一定的限制。
3. Fe 基二元相图
gg-238Fe-M二元相图。
A4
A3
电化学因素相近，原子尺寸相
形成间隙固溶体，受畸变能制约。（有限溶解）
电化学、点阵因素差）形成，使属于此类。A3
A4
(a) Ni ，Mn ，Co
(b) C ，N ，Cu
(c) Cr ，V
科林麦克雷拉力赛04
(d) Nb,B 等
图1 合金元素和Fe的作用状态
合金元素对共析温度的影响
合金元素对共析碳量的影响
华宇乐悠游
铬对钢γ区的影响
锰对钢γ区的影响
置换固溶体
合金元素在铁点阵中的固溶情况
Me
Ti V Cr Mn Co Ni Cu C
N 溶解度
αFe
~7
(1340℃)
无限
无限
~376100.20.02
0.1γFe 0.68~1.4
12.8
*
无限
无限
无限
8.5
2.06
2.8
注：有些元素的固溶度与C量有关
不同元素的固溶情况是不同的。为什么?
简单地说：这与合金元素在元素周期表中的位置有关。
第四周期
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
点阵结构bcc bcc bcc bcc 或fcc fcc/h cp fcc fcc
电子结构2
3
5
5
卷积积分6
7
8
10
原子半径/nm 0.145
0.136
0.128
0.131
0.127
0.126
0.124数码彩扩
0.128
ΔR ，%
14.27.10.8 3.1
—
0.8 2.40.8
注：1、电子结构是3d层电子数；2、原子半径是配位数12的数值
（1）Ni 、Mn 、Co 与γ-Fe 的点阵结构、原子
半径和电子结构相似——无限固溶；
（2）Cr 、V 与α-Fe 的点阵结构、原子半径和
电子结构相似——无限固溶；
（3）Cu 和γ-Fe 点阵结构、原子半径相近，
但电子结构差别大——有限固溶；
（4）原子半径对溶解度影响：ΔR ≤±8%，
可以形成无限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度极小。
结论
合金元素的固溶规律，
即Hume-Rothery 规律
决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似.
(2) 间隙固溶体
由原子半径较大的过渡族金属元素和原子半径较小的准金属元素H ，B ，C ，N ，Si 等形成的金属间化合物称为间隙化合物或间隙相。 Hägg 定律：间隙相通常可用一个化学式表示，并具有特定的结构。此结构往往不同于纯组元的结构，而是取决于准金属元素X 与过渡族金属元素M 的原子半径比，r X /r M 。
r X /r M <0.59，形成结构简单的间隙相，并具有简单的化学式;r X /r M >0.59，形成结构复杂的间隙相。
r X /r M =0.23，准金属原子占据过渡族金属结构的四面体间隙；r X /r M 在0.41和0.59之间, 占据八面体间隙。
间隙相还包括碳化物、氮化物、氧化物、硼化物和氢化物等。 间隙固溶体是间隙相的一部分。间隙固溶体是有限固溶体，溶解度取决于溶剂金属的晶体结构和间隙原子的原子半径。一般占据4面体和8面体间隙。
C 、N 优先占据 -Fe 中比较小的8 面体间隙（需要移动相邻2个Fe 原子），而非比较大的4面体间隙（需要移动相邻4个Fe 原子）。
特点：高熔点、高硬度、高弹性模量和脆性
碳化物、氮化物或碳氮化合物是钢中的基本强化相。混合键（金属键与共价键）结合
在碳化物与氮化物中的金属与非金属原子之间的结合强度取决于过渡族金属的电子构造。d 层愈未填满，则金属M 的与非金属X 的结合力愈增强。在每一周期中，随着过渡族金属原子序数的增加（从左到右）金属电子层（3d 层）填满程度增大，因而Me-X 的结合强度将逐步下降。
结合强度用生成热焓△H (kJ/mol)、熔点表征。
第Ⅳ族和第V 族中的金属的碳化物与氮化物具有上述性能的最高值。随着族数的增加，碳化物和氮化物的稳定性降低。碳化物和氮化物的强度和稳定性，可以按下排列：Hf （铪）, Zr, Ti, Ta, Nb, V, W, Mo, Cr, Mn, Fe
2.碳化物、氮化物
碳化物
•碳化物形成能力由强到弱：Ti,Zr,Nb,V,Mo,W,Cr,Mn,Fe 等
强碳化物形成元素中等强度碳化物形成元素
弱碳化物形成元素钢中常见碳化物种类：
•M 3C 型：Mn 3C ，Fe 3C 等渗碳体，正交点阵结构•M 7C 3型：Cr 7C 3，复杂六方点阵
•M 23C 6型：Cr 23C 3出现在Cr 含量较高的钢中，复杂六方点阵•M 2C 型：Mo 2C,W 2C ，密排六方点阵结构
•MC 型：VC,TiC,NbC ，简单面心点阵结构；MoC,WC ，简单六方点阵
•M 6C 型：Fe 3W 3C 等，复杂立方点阵
简单点阵：硬度较高熔点较高稳定性较好复杂点阵：
硬度较低熔点较低稳定性较差性能上接近简单点阵
碳化物形成规律
•碳化物类型与合金元素的原子半径有关。
r C /r M >0.59→复杂点阵；r C /r M <0.59→简单点阵
•相似者相溶如果元素在晶体结构、原子半径和电子因素都相似，则两者的碳化物可以完全互溶，否则有限溶解。一般碳化物能溶解一些其他合金元素，构成复合碳化物，但有一定的溶解度：如Fe 3C 中可以溶入一定量的Cr,Mo,V 等。溶入较强的碳化物形成元素，可以使碳化物稳定性提高；反之，下降。•强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物
•N M 与N C 是固溶体中合金元素和碳的原子数，他们的比值界定了碳化物类型。•碳化物稳定性越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难如MC 型在回火时不容易长大，二次强化。
氮化物及其形成规律
•氮化物的基本性能特点：高硬度、脆性、高熔点。•形成规律与碳化物类似。
•强氮化物形成元素：Ti,Zr,Nb,V; 中强：W,Mo ；弱：Cr,Mn,Fe •r N /r M 的值界定了形成简单密排还是复杂结构。
•一般，氮化物与碳化物之间可以相互溶解，形成碳氮化合物。
题1：
半规管比较在钢铁中Ti, W, Cr 和Fe 碳化物的结构与稳定性
3.金属间化合物（IMC, Intermetallics Compounds ）
金属间化合物指金属与金属、金属与类金属间形成的化合物。具有长程有序的超点阵结构，保持很强的混合键结合。
力学性能：高比强度、低塑性、低韧度合金（半陶瓷材料）；强度随温度升高而升高的反常现象（高温高强度结构材料）；高的疲劳寿命。抗氧化、耐腐蚀性能：金属间化合物中的金属键与共价键的结合，使材料具有高熔点、高硬度特点，抗高温氧化，具有高抗蠕变性能。
特殊物理性能：独特的电学性质、磁学性质、光学性质、声学性质、电子发射性质、催化性质、化学稳定性、热稳定性和高温强度等。
→存在于不锈钢、马氏体时效钢、高温合金、有金属中，或单独以金属间化合物应用。σ相，AB 2(Laves 相),AB 3(AlFe 3,AlNi 3,AlTi 3),AB (FeAl,NiAl,TiAl)金属间化合物。
σ相：属正方晶系，在高铬不锈钢，高合金耐热钢和合金中。高硬度，引起钢和合金的塑性和韧性下降。
AB 2相（Laves 相）：是尺寸因素起主导作用的化合物，两组元原子直径之比为d A :d B =1.2 : 1。
有3种晶体结构：MgCu 2型复杂立方，
MgZn 2型复杂六方，MgNi 2型复杂六方。
晶体结构受到电子浓度的影响。
不管其基体类型如何，AB 2相是现代耐热钢中的一种强化相。AB 3相（有序固溶体相），AB 相
在钢中，通常采用金属间化合物的沉淀强化作用，有些情况，也会产生脆性不良。
当能形成金属间化合物的元素也属于碳化物元素时，有C 的情况下，先C 化物，后金属间化合物。
高温结构材料必须在尽可能高的温度还能保持高的硬度和强度。一般金属及金属间化合物的硬度或强度随着温度升
时，开始下降。
结构（面心立方有序衍生结
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议