chpt22-3固体结构

1、2.2 金属的晶体结构金属的晶体结构(Crystal Structure of Metals)面心立方点阵面心立方点阵 体心立方点阵体心立方点阵 密排六方点阵密排六方点阵2.2.1 三种典型的金属晶体结构三种典型的金属晶体结构常见的金属晶体结构包括面心立方结构常见的金属晶体结构包括面心立方结构(fcc)、体心立方结构、体心立方结构A2(bcc)和密排六方结构和密排六方结构A3(hcp)晶胞中的原子数晶胞中的原子数(Number of atoms in unit cell)：n = 81/8 + 61/2 = 4点阵常数点阵常数(Lattice parameter)与原子半径与原子半径(Atom

2、ic radius)：点阵常数点阵常数a， a = 4R配位数配位数(coordination number)：12致密度致密度(Efficiency of space filling)：0.74面心立方结构面心立方结构A1(Face-centered cubic lattice)2体心立方结构体心立方结构A2(Body-centered cubic lattice)3晶胞中的原子数：晶胞中的原子数：n = 81/8 + 1 = 2点阵常数与原子半径：点阵常数点阵常数与原子半径：点阵常数a， a = 4R配位数：配位数：8 致密度：致密度：0.68密排六方结构密排六方结构A3(Hexagona

3、l close-packed lattice)晶胞中的原子数：晶胞中的原子数：n = 121/6 + 21/2 + 3 = 6点阵常数与原子半径：点阵常数点阵常数与原子半径：点阵常数a和和c，当，当c/a = 1.633时，时，a = 2R配位数：配位数：12致密度：致密度：0.741. 晶胞中的原子数晶胞中的原子数面心立方结构：面心立方结构：n = 81/8 + 61/2 = 4体心立方结构：体心立方结构：n = 81/8 + 1 = 2密排六方结构：密排六方结构：n = 121/6 + 21/2 + 3 = 62. 点阵常数与原子半径点阵常数与原子半径面心立方结构：点阵常数面心立方结构：点

4、阵常数a，a = 4R体心立方结构：点阵常数体心立方结构：点阵常数a，a = 4R密排六方结构：点阵常数密排六方结构：点阵常数a和和c，当，当c/a = 1.633时，时，a = 2R3. 配位数和致密度配位数和致密度配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距的原子数配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距的原子数致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。以一晶胞计算，则致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。以一晶胞计算，则致密度致密度K就是晶胞中原子体积与晶胞体积之比，即就是晶胞中原子体积与晶胞体积之比，即K = nv/V三种典型金属结构的晶体学特点三种典型金属结构的晶体学特点晶体

5、的原子堆垛晶体的原子堆垛(Atomic packing)方式：四种堆跺方式方式：四种堆跺方式 实质上是相同的实质上是相同的(密排六方结构，密排六方结构，hcp) ACACABAB2.2.2 晶体的原子晶体的原子堆垛方式堆垛方式和间隙和间隙 实质上是相同的实质上是相同的(面心立方结构，面心立方结构，fcc) ACBACBABCABC面心立方和密排六方点阵中密排面的分析面心立方和密排六方点阵中密排面的分析间间 隙隙(Interstice)面心立方结构：八面体间隙及四面体间隙面心立方结构：八面体间隙及四面体间隙间隙密度：八面体间隙：间隙密度：八面体间隙：1 + 121/4 = 4 (个个)四面体间隙

6、：四面体间隙：24 = 8间隙大小：八面体间隙半径为间隙大小：八面体间隙半径为 0.414rA 四面体间隙半径为四面体间隙半径为 0.225rA体心立方结构：八面体间隙及四面体间隙体心立方结构：八面体间隙及四面体间隙间隙密度：扁八面体间隙间隙密度：扁八面体间隙 61/2 + 121/4 = 6 (个个) 四面体间隙四面体间隙 26 = 12 (个个)间隙半径：八面体间隙间隙半径：八面体间隙 0.15rA 四面体间隙四面体间隙 0.29rA密排六方结构：八面体间隙及四面体间隙密排六方结构：八面体间隙及四面体间隙间隙密度：扁八面体间隙间隙密度：扁八面体间隙 61/2 + 121/4 = 6 (个个

7、) 四面体间隙四面体间隙 26 = 12 (个个)间隙半径：八面体间隙间隙半径：八面体间隙 0.414rA 四面体间隙四面体间隙 0.225rA2.2.3 多晶型性多晶型性概概 念：同种组分金属在不同的温念：同种组分金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构的度和压力下具有不同的晶体结构的现象，也称为同素异构现象。例如：现象，也称为同素异构现象。例如：铁在铁在912以下为体心立方结构，以下为体心立方结构，称为称为-Fe；在；在912-1394具有面心具有面心立方结构，称为立方结构，称为-Fe；温度超过；温度超过1394至熔点间又变成体心立方结至熔点间又变成体心立方结构，称为构，称为-Fe。因此

8、，在测量。因此，在测量Fe加加热时的膨胀曲线时会发现在晶型转热时的膨胀曲线时会发现在晶型转变处存在明显的转折点。变处存在明显的转折点。纯纯Fe加热时的膨胀曲线加热时的膨胀曲线2.3 合金相结构合金相结构合合 金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧 结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。如铜结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。如铜锌合金、钢等。锌合金、钢等。组组 元：组成合金的基本的、独立的物质。可以是组成合金的元元：组成合金的基本的、独立的物质。可以是组成合金的元素，也可以是化合物。素，也可以是化合物。 相：合金中具有同一

9、聚集状态、同一晶体结构和性质并以相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以 界面相互隔开的均匀组成部分。界面相互隔开的均匀组成部分。固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原 子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保 持着溶剂的晶体结构类型。持着溶剂的晶体结构类型。2.3.1 固溶体固溶体固溶体晶体结构的最大特点是保持着原溶剂的晶体结构固溶体晶体结构的最大特点是保持着原溶剂的晶体结构分分 类：类：根据溶质原子在溶剂中的溶解度，可将固溶体分为有限固溶体根据溶质原子在溶剂中

10、的溶解度，可将固溶体分为有限固溶体和连续固溶体；和连续固溶体；根据溶质原子在溶剂点阵中所处的位置，可将固溶体分为置换根据溶质原子在溶剂点阵中所处的位置，可将固溶体分为置换型固溶体和间隙型固溶体；型固溶体和间隙型固溶体；1. 置换固溶体置换固溶体定义：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶定义：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体称为置换固溶体。子，这种固溶体称为置换固溶体。影响溶质原子溶解度的因素影响溶质原子溶解度的因素 晶体结构晶体结构晶体结构相同是

11、组元间形成无限固溶体的必要条件，例如具有晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件，例如具有fcc结构的结构的Mn、Co、Ni、Cu，在，在-Fe中固熔度较大，而在中固熔度较大，而在-Fe中固熔度较小，见中固熔度较小，见P43表表2.9。 原子尺寸原子尺寸原子尺寸因素的影响主要与溶质原子的溶入所引起的点阵畸变及原子尺寸因素的影响主要与溶质原子的溶入所引起的点阵畸变及其结构状态有关，其结构状态有关，r愈大，溶入后点阵畸变程度愈大，畸变能愈大，溶入后点阵畸变程度愈大，畸变能愈高，结构的稳定性愈低，溶解度则愈小。愈高，结构的稳定性愈低，溶解度则愈小。Hume-Rothery提出提出有利于大量固溶的

12、原子尺寸条件为两组元的原子半径差不超过有利于大量固溶的原子尺寸条件为两组元的原子半径差不超过15%，即，即r15%时有利于形成大溶解度的固溶体；而时有利于形成大溶解度的固溶体；而r15%时，时，r越大，则溶解度越小。越大，则溶解度越小。 化学亲和力（电负性）化学亲和力（电负性）溶质与溶剂元素之间的化学亲和力愈强，倾向于生成化合物而不溶质与溶剂元素之间的化学亲和力愈强，倾向于生成化合物而不利于固溶体，生成的化合物愈稳定，则固溶体的溶解度就愈小。利于固溶体，生成的化合物愈稳定，则固溶体的溶解度就愈小。因此，两者相差不是很大时，随电负性差值增加，固溶度增大；因此，两者相差不是很大时，随电负性差值增加

13、，固溶度增大；当相差很大时，易形成化合物。当相差很大时，易形成化合物。元素的电负性元素的电负性铜合金，银合金的固相线和固溶度曲线铜合金，银合金的固相线和固溶度曲线 电子浓度电子浓度(原子价原子价)如果以一价的贵金属作溶剂，加入不同原子价的溶质元素时，如果以一价的贵金属作溶剂，加入不同原子价的溶质元素时，当原子尺寸因素有利的条件下，溶质元素的原子价愈高，则形当原子尺寸因素有利的条件下，溶质元素的原子价愈高，则形成固溶体的极限固溶度越小。成固溶体的极限固溶度越小。溶质原子价的影响实质是溶质原子价的影响实质是“电子浓度电子浓度”所决定。所谓电子浓度所决定。所谓电子浓度就是合金中价电子数目与原子数目的

14、比值就是合金中价电子数目与原子数目的比值e/a ，即，即式中式中A，B分别为溶剂和溶质的原子价，分别为溶剂和溶质的原子价，x为溶质的原子数为溶质的原子数(%)实验结果表明合金中的电子浓度不能超过实验结果表明合金中的电子浓度不能超过1.4这个极限浓度，这个极限浓度，否则固溶体就不稳定而要形成另外的相。否则固溶体就不稳定而要形成另外的相。除了以上因素外，固溶度还与温度有关，一般地，温度升高，除了以上因素外，固溶度还与温度有关，一般地，温度升高，固溶度升高。固溶度升高。100)100(BxxAae2. 间隙固溶体间隙固溶体定定 义：溶质原子分布于溶剂点阵的阵点，或者说溶质晶格间义：溶质原子分布于溶剂

15、点阵的阵点，或者说溶质晶格间隙而形成的固溶体。在间隙固溶体中，由于溶质原子一般比晶格隙而形成的固溶体。在间隙固溶体中，由于溶质原子一般比晶格间隙的尺寸大，所以当它们溶入后都会引起晶格畸变，点阵常数间隙的尺寸大，所以当它们溶入后都会引起晶格畸变，点阵常数增大，畸变能升高。因此，间隙固溶体都是有限固溶体，而且溶增大，畸变能升高。因此，间隙固溶体都是有限固溶体，而且溶解度很小。解度很小。3. 固溶体的微观不均匀性固溶体的微观不均匀性在热力学平衡状态下，固熔体的成分从宏观看是均匀的，但从在热力学平衡状态下，固熔体的成分从宏观看是均匀的，但从微观看来溶质原子的分布是不均匀的，固溶体中溶质原子的分微观看来

16、溶质原子的分布是不均匀的，固溶体中溶质原子的分布方式主要取决于同类原子间的结合能和异类原子间的结合能布方式主要取决于同类原子间的结合能和异类原子间的结合能的相对大小。如果的相对大小。如果EAA EBB EAB，则溶质原子倾向于呈无序分，则溶质原子倾向于呈无序分布；如果布；如果(EAA+ EBB)/2 EAB，则溶质原子呈部分有序或完全有序排列。，则溶质原子呈部分有序或完全有序排列。短程序参数：用来描述固溶体的微观不均匀性。假定在以溶质短程序参数：用来描述固溶体的微观不均匀性。假定在以溶质B原子为中心的各同心球分布着原子为中心的各同心球分布着A、B组元原子。如果组元原子。如果i层球面上层球面上共

17、有共有ci个原子，其中个原子，其中A原子的平均数目为原子的平均数目为ni个，若已知该合金成个，若已知该合金成分中分中A的原子分数为的原子分数为mA，则此层上，则此层上A原子数目应为原子数目应为mAci。短程。短程序参数定义为：序参数定义为：i = 1 - ni/mAci 当当i = 0，即，即ni = mAci时，固溶体为完全无序分布；时，固溶体为完全无序分布； 当当i mAci时，固溶体为短程有序分布；时，固溶体为短程有序分布； 当当i 0，即，即ni rA，溶质原子周围点阵膨胀，平均点阵常数增大，溶质原子周围点阵膨胀，平均点阵常数增大 rB rA，溶质原子周围点阵收缩，平均点阵常数减小，溶

18、质原子周围点阵收缩，平均点阵常数减小 间隙固溶体：点阵常数总是增大间隙固溶体：点阵常数总是增大 产生固溶强化产生固溶强化 通过溶入某种元素形成固熔体通过溶入某种元素形成固熔体,而使金属强度、而使金属强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。这是提高合金机械性能的重要硬度升高的现象，称为固溶强化。这是提高合金机械性能的重要途径之一。如向途径之一。如向Cu中加入中加入0.19Ni，机械强度可从，机械强度可从220 MN/m2 升升至至380400 MN/m2，硬度可从，硬度可从44升至升至70。 物理化学性能变化物理化学性能变化 随着固溶度的增加，点阵畸变增大，一随着固溶度的增加，点阵畸变增大，一般固溶

19、体的电阻率般固溶体的电阻率升高，同时降低电阻温度系数升高，同时降低电阻温度系数。 如：如：Si固溶于固溶于-Fe中可以提高磁导率；中可以提高磁导率； Cr固溶于固溶于-Fe中可以提高中可以提高-Fe的电极电位，抗腐蚀的电极电位，抗腐蚀2.3.2 中间相中间相(金属化合物金属化合物)定定 义：两组元义：两组元A和和B组成合金时，除了可形成以组成合金时，除了可形成以A为基或以为基或以B为为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A、B两组元均不相同的两组元均不相同的新相，这个相称为中间相。新相，这个相称为中间相。中间相对金属材料的性能影响很大。许多金属间化合物的熔点中间

20、相对金属材料的性能影响很大。许多金属间化合物的熔点和硬度很高，它对提高合金的强度、硬度、耐热性和耐磨性作和硬度很高，它对提高合金的强度、硬度、耐热性和耐磨性作用很大。还有一些具有特殊物理化学性质的金属化合物，如超用很大。还有一些具有特殊物理化学性质的金属化合物，如超导材料导材料Nb3Sn、核反应堆材料、核反应堆材料Zr3Al、记忆合金、记忆合金NiTi等。等。影响因素：电负性、电子浓度和原子尺寸影响因素：电负性、电子浓度和原子尺寸分分 类：正常价化合物、电子化合物、与原子尺寸因素相关的类：正常价化合物、电子化合物、与原子尺寸因素相关的化合物有序固溶体（超结构）化合物有序固溶体（超结构）1. 正

21、常价化合物正常价化合物指符合原子价规则的化合物，其成分可以用化学式表达，如指符合原子价规则的化合物，其成分可以用化学式表达，如AB，A2B(或或AB2)，A3B2型型。正常化合物稳定性与组元间的电负性差。正常化合物稳定性与组元间的电负性差有关，一般电负性差愈小，化合物愈不稳定，愈趋于金属键结合；有关，一般电负性差愈小，化合物愈不稳定，愈趋于金属键结合；电负性差愈大，化合物愈稳定，愈趋于离子键结合。电负性差愈大，化合物愈稳定，愈趋于离子键结合。如由如由Mg与与Pb、Sn、Ge、Si形成的正常价化合物中形成的正常价化合物中Mg2Si最稳定，熔点为最稳定，熔点为1102，为典型的离子化合物；而，为典

22、型的离子化合物；而Mg2Pb熔点仅熔点仅550，显示出，显示出典型的金属性质，其电阻值随温度升高而增大。典型的金属性质，其电阻值随温度升高而增大。 形成条件：由周期表上相距较远、电负性差值较大的元素组成形成条件：由周期表上相距较远、电负性差值较大的元素组成 即由金属元素与即由金属元素与 元素组成。元素组成。Te)Se,S,VIA(O,Bi)Sb,As,P,VA(N,Pb)Sn,Ge,Si,IVA(C2. 电子化合物电子化合物(Hume-Rothery相相)人们把具有一定的电子浓度值而结构相同或密切相关的相称为人们把具有一定的电子浓度值而结构相同或密切相关的相称为电子相。该化合物的晶体结构决定于

23、电子浓度。电子相。该化合物的晶体结构决定于电子浓度。每个原子平均每个原子平均所占有的价电所占有的价电子数子数(e/a)来表示：来表示： e/a =7/4 = 21/12时，密排六方结构，称为时，密排六方结构，称为相相 e/a = 21/13时，复杂立方结构，称为时，复杂立方结构，称为相相 e/a = 3/2 = 21/14时，多为体心立方结构，称为时，多为体心立方结构，称为相相形成条件：由过渡金属和形成条件：由过渡金属和IB族族(Ag，Au，Cu)元素为一方，与元素为一方，与 元素为另一方组成。元素为另一方组成。Pb)Sn,Ge,IVA(Si,In)Ga,IIIA(Al,Hg)Cd,IIB(Z

24、n,电子化合物虽然可用化学分子式表示，但不符合化合价规律，电子化合物虽然可用化学分子式表示，但不符合化合价规律，而且实际上其成分是而且实际上其成分是在一定范围内变化，可视其为以化合物为在一定范围内变化，可视其为以化合物为基的固溶体基的固溶体，其电子浓度也在一定范围内变化。，其电子浓度也在一定范围内变化。 电子化合物中原子间的结合方式系以电子化合物中原子间的结合方式系以金属键为主金属键为主，故具有明，故具有明显的金属特性。显的金属特性。常见的常见的电子化合物及其结构类型电子化合物及其结构类型3. 与原子尺寸因素有关的化合物与原子尺寸因素有关的化合物定定 义：与组成元素的原子尺寸差别有关的金属间化

25、合物。当两义：与组成元素的原子尺寸差别有关的金属间化合物。当两种原子半径差很大的元素形成间隙相和间隙化合物；而中等程种原子半径差很大的元素形成间隙相和间隙化合物；而中等程度的差别时形成拓扑密堆相。度的差别时形成拓扑密堆相。a、间隙相和间隙化合物、间隙相和间隙化合物 原子半径较小的非金属元素如原子半径较小的非金属元素如C、H、N、B等可与金属元素等可与金属元素(主要是过渡元素主要是过渡元素)形成间隙相或间隙化合形成间隙相或间隙化合物。主要取决于非金属物。主要取决于非金属(X)和金属和金属(M)原子半径的比值原子半径的比值(rX/rM)；当；当rX/rM 0.59，形成具有复杂晶体结构的相，称为间

26、隙化合物。如较大尺寸的形成具有复杂晶体结构的相，称为间隙化合物。如较大尺寸的B元素与过渡金属形成的硼化物。而碳化物则介于间隙相和间隙元素与过渡金属形成的硼化物。而碳化物则介于间隙相和间隙化合物。化合物。间隙相间隙相间隙相具有比较简单的晶体结构，如间隙相具有比较简单的晶体结构，如面心立方面心立方(fcc)、密排六方、密排六方(hcp)，少数为体心立方，少数为体心立方(bcc)或简单六方结构或简单六方结构，与组元的结构均，与组元的结构均不相同。在晶体中，金属原子占据正常的位置，而非金属原子不相同。在晶体中，金属原子占据正常的位置，而非金属原子则规则地分布于晶格间隙中，非金属原子在间隙相中占据什么则

27、规则地分布于晶格间隙中，非金属原子在间隙相中占据什么间隙位置，也主要取决于原子尺寸因素。当间隙位置，也主要取决于原子尺寸因素。当rX/rM0.414时，则进入八面体间隙。时，则进入八面体间隙。 间隙相的成分可以在一定范围变化，间隙相可以溶解组元元间隙相的成分可以在一定范围变化，间隙相可以溶解组元元素，形成以化合物为基的固溶体素，形成以化合物为基的固溶体 间隙相之间可以形成连续固溶体，如间隙相之间可以形成连续固溶体，如 TiC-ZrC, TiC-VC 间隙相有高硬度、高熔点，是合金工具钢及硬质合金的主要间隙相有高硬度、高熔点，是合金工具钢及硬质合金的主要强化相强化相 间隙相举例间隙相举例间隙化合

28、物间隙化合物当当rX/rM 0.59时形成具有复杂晶体结构的相，称为间隙化合物。时形成具有复杂晶体结构的相，称为间隙化合物。如较大尺寸的如较大尺寸的B元素与过渡金属形成的硼化物。而过度金属元素与过渡金属形成的硼化物。而过度金属Cr、Mn、Fe、Co、Ni与与C元素形成的碳化物都是间隙化合物。元素形成的碳化物都是间隙化合物。间隙化合物的晶体结构都很复杂间隙化合物的晶体结构都很复杂。如。如Cr23C，Fe3C等等间隙化合物中原子间结合键为共价键和金属键间隙化合物中原子间结合键为共价键和金属键。其熔点和硬度。其熔点和硬度均较高均较高(但不如间隙相但不如间隙相)，是钢中的主要强化相。还应指出，在钢，是

29、钢中的主要强化相。还应指出，在钢中只有周期表中位于中只有周期表中位于Fe左方的过渡族金属元素才能形成碳化物左方的过渡族金属元素才能形成碳化物(包括间隙相和间隙化合物包括间隙相和间隙化合物)，它们的，它们的d层电子越少，与碳的亲和层电子越少，与碳的亲和力就越强，则形成的碳化物越稳定。力就越强，则形成的碳化物越稳定。某些间隙化合物的熔点及硬度某些间隙化合物的熔点及硬度M23C6晶体结构晶体结构 Fe3C晶体结构晶体结构b、拓扑密堆相、拓扑密堆相定定 义：义：拓扑密堆相是由两种大小不同的金属原子所构成的一拓扑密堆相是由两种大小不同的金属原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率

30、和配类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构，这种结构具有拓扑结构特征，因此被位数都很高的复杂结构，这种结构具有拓扑结构特征，因此被称为拓扑密堆相，简称称为拓扑密堆相，简称TCP相。相。特特 点：点：1）由配位数为）由配位数为12、14、15、16的配位多面体堆垛而成；的配位多面体堆垛而成； 2）呈层状结构：原子半径小的原子构成密排面，其中嵌镶有原）呈层状结构：原子半径小的原子构成密排面，其中嵌镶有原子半径大的原子，由这些密排层按一定顺序堆垛而成，从而构子半径大的原子，由这些密排层按一定顺序堆垛而成，从而构成空间利用率很高，只有四面体间隙的密排结构。成空间利用

31、率很高，只有四面体间隙的密排结构。 拓扑密堆相中的拓扑密堆相中的配位多面体配位多面体 原子密排层的网格结构原子密排层的网格结构(a)36型型 (b)63型型 (c)3636型型(d)32434型型分分 类：拉弗斯相，如类：拉弗斯相，如MgCu2， MgNi2，MgZn2，TiFe2等；等； 相，如相，如FeCr，FeV，FeMo，CrCo，WCo等；等； 相，如相，如Fe7W6，Co7Mo6等；等； Cr3Si型相，如型相，如Cr3Si，Nb3Sn，Nb3Sb等；等； R相，如相，如Cr18Mo31Co51等；等； P相，如相，如Cr18Ni40Mo42等。等。(1) 拉弗斯相拉弗斯相 二元合

32、金拉弗斯相分子式为二元合金拉弗斯相分子式为AB2，其形成条件：，其形成条件： 原子尺寸：原子尺寸：rA/rB = 1.051.68 电子浓度：一定的结构类型对应着一定的电子浓度电子浓度：一定的结构类型对应着一定的电子浓度三种典型拉弗斯相的结构类型和电子浓度范围三种典型拉弗斯相的结构类型和电子浓度范围MgCu2立方晶胞中立方晶胞中A，B原子的分布原子的分布MgCu2结构中结构中A,B原子分别构成原子分别构成的层网结构的层网结构 拉弗斯相是镁合金中的重要强化相。在高合金不锈钢和铁基、拉弗斯相是镁合金中的重要强化相。在高合金不锈钢和铁基、镍基高温合金中，有时也会以针状的拉弗斯相存在，数量不能镍基高温

33、合金中，有时也会以针状的拉弗斯相存在，数量不能过多，否则影响合金性能，应适当控制。过多，否则影响合金性能，应适当控制。(2) 相相 通常通常存在于过渡族金属元素组成的合金存在于过渡族金属元素组成的合金中，其分子式中，其分子式可写作可写作AB或或AxBy，如，如FeCr，FeV，FeMo，MoCrNi，WCrNi，(Cr, Mo, W)x(Fe, Co, Ni)y等。尽管等。尽管 相可用化学式表示，但其相可用化学式表示，但其成分是在一定范围内变化，即也是以化合物为基的固溶体。成分是在一定范围内变化，即也是以化合物为基的固溶体。 相具有复杂的四方结构，其轴比相具有复杂的四方结构，其轴比c/a0.5

34、2，每个晶胞中有，每个晶胞中有30个原子个原子。 相在常温下硬而脆，它的存在通常对合金性能有害。在不相在常温下硬而脆，它的存在通常对合金性能有害。在不锈钢中出现锈钢中出现 相会引起晶间腐蚀和脆性；在相会引起晶间腐蚀和脆性；在Ni基高温合金和耐基高温合金和耐热钢中，如果成分或热处理控制不当，会发生片状的硬而脆的热钢中，如果成分或热处理控制不当，会发生片状的硬而脆的 相沉淀，而使材料变脆，故应避免出现这种情况。相沉淀，而使材料变脆，故应避免出现这种情况。 相的晶体结构相的晶体结构 4. 超结构超结构(有序固溶体有序固溶体)对某些成分接近于一定的原子比对某些成分接近于一定的原子比(如如AB或或AB3

35、)的无序固溶体中，的无序固溶体中，当它从高温缓冷到某一临界温度以下时，溶质原子会从统计随当它从高温缓冷到某一临界温度以下时，溶质原子会从统计随机分布状态过渡到占有一定位置的规则排列状态，即发生有序机分布状态过渡到占有一定位置的规则排列状态，即发生有序化过程，形成有序固溶体。长程有序的固溶体在其化过程，形成有序固溶体。长程有序的固溶体在其X射线衍射图射线衍射图上会产生外加的衍射线条，称为超结构线，所以有序固溶体通上会产生外加的衍射线条，称为超结构线，所以有序固溶体通常称为超结构或超点阵。常称为超结构或超点阵。 (1) 超结构的主要类型：超结构的类型较多。超结构的主要类型：超结构的类型较多。 (2

36、) 有序化和影响有序化的因素：有序化的基本条件是异类原有序化和影响有序化的因素：有序化的基本条件是异类原子之间的相互吸引大于同类原子间的吸引作用，从而使有序固子之间的相互吸引大于同类原子间的吸引作用，从而使有序固溶体的自由能低于无序态。溶体的自由能低于无序态。a) Cu3Au I型超点阵型超点阵 b) CuAu I型超点阵型超点阵 c) CuAu II型超点阵型超点阵 几种典型超点阵结构几种典型超点阵结构 d) 黄铜黄铜(CuZn)型超点阵型超点阵 e) Fe3Al 型超点阵型超点阵 f) MgCd3型超点阵型超点阵 几种典型的超结构几种典型的超结构有序化程度：有序化程度：用长程有序度参数用长

37、程有序度参数S来定量描述。来定量描述。 式中式中P为为A原子的正确位置上原子的正确位置上(即在完全有序时此位置应为即在完全有序时此位置应为A原子原子所占据所占据)出现出现A原子的几率；原子的几率；XA为为A原子在合金中的原子数分数。原子在合金中的原子数分数。 完全有序时，完全有序时，P = 1，此时，此时S = 1； 完全无序时，完全无序时，P = XA，此时，此时S = 0。有序畴：有序畴：从无序到有序的转变过程是依赖于原子迁移来实现的，从无序到有序的转变过程是依赖于原子迁移来实现的，即存在形核和长大过程。电镜观察表明，最初核心是短程有序的即存在形核和长大过程。电镜观察表明，最初核心是短程有序的微小区域。当