置换固溶体

1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。

2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。

答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。

如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。

间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合，且半径比rX /rM＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物硬而脆，塑性差。

3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确？为什么？（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。

（2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量.（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。

答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。

（2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。

(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。

4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示：(1)填入各区域的组织组成物和相组成物。

在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体）Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，）在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。

第4章，固溶体(Solid Solution)掺杂通常不改变（被掺杂）材料的结构类型。

因此掺杂即“固溶”（固溶体——原子水平均匀分散的固态溶液。

掺杂有间隙掺杂（间隙固溶体）和取代掺杂（代位固溶体），有原子掺杂（原子固溶体）和离子掺杂（离子固溶体）。

本章重点讨论形成固溶体的条件及规律。

“固溶体”科学，尚处于“经验总结”的发展阶段。

因此，对于相关“结论”/“总结”，不能绝对化。

杂质原子导入引起晶格畸变，一定区域内的原子拉或压应力，系统能量增加。

当能量增加到一定程度，主体结构不再稳定，这就是固溶极限。

“15％规律”的不严格性：掺杂导致晶格畸变和能量升高，从而限制了极限掺杂量。

晶格畸变和能量升高，不但与尺寸差（ΔR）有关，同时与掺杂原子或离子的性质有关（例如可变形性），以及主结构的键合力（材料的理论弹性模量E）有关。

材料的E 越大，掺杂原子的尺寸限制就越严格，这时ΔR可能降低到8～10％。

相反，若主体结构较为开放，E较小，ΔR可能增大到21％。

一般而言：ΔR<15%：形成连续固溶体（必要条件，而非充要条件）；15%～30%：形成有限固溶体；ΔR>30%，固溶度很低或不能形成固溶体。

b) 电负性因素：掺杂原子和主结构原子的Pauling 电负性差别越大，元素周期表中距离越远，元素间易形成化合物（ΔE > 0.4)，而不易形成固溶体。

另一较普遍的规律：当掺杂原子在体系中可以多种状态存在是，它的固溶度将发生改变。

物种越稳定，固溶度越小。

例如，Fe-C固溶体中，碳可有两种形态——FeC3或石墨，石墨远比FeC3稳定，因此，FeC3在Fe中的固溶度远大于C。

二元合金体系：掺杂金属原子的价电子数与主体金属 原子的价电子数差别越大，固溶度越低。

例如：Zn （二价）、Ga（三价）、Ge（四价）、As（五价）在 一价金属（Cu、Ag、Au）中的固溶度分别为38.5 at％、 19.5 at%、11.8 at％、7 at％。

工程材料习题集一．名词解释题间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。

再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。

淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。

枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。

时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。

同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。

临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。

热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。

二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。

共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。

比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。

置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。

变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。

晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。

固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。

形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。

残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。

调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。

淬硬性：钢淬火时的硬化能力。

过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。

本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。

C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。

CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。

马氏体：含碳过饱和的α固溶体。

热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。

热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。

回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。

可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。

过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。

1、置换固溶体溶解度的影响因素1) 尺寸因素：由于溶质和溶剂原子尺寸差异，溶质原子的存在导致晶体内产生点阵畸变，尺寸差异越大，引起的点阵畸变越大，一般而言，溶质和溶剂间尺寸差异越大，溶质在溶剂中最大固溶度越小。

2) 晶体结构因素：一般而言，晶体结构不同，只能形成有限固溶体；晶体结构相同，固溶度通常较大，并有可能形成无限固溶体。

3) 电负性因素：电负性差越小，越易形成固溶体，且形成的固溶体溶解度也较大；电负性差越大，固溶度越小；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：电子浓度指合金中各组成元素价电子数总和与原子总数之比。

当超过极限电子浓度，固溶体就不稳定，形成新相——中间相尺寸因素、电负性差、电子浓度及晶体结构是影响固溶体溶解度的四个主要因素，当此四个因素均有利时，有可能形成无限固溶体2、由相关数据画相图例：铋熔点为271.5℃，锑熔点为630.7℃，在液态和固态时铋锑均能彼此无限互溶。

wBi=50%的合金在520℃时开始结晶出成分为wSb=87%的固相。

wBi=80%的合金在400℃时开始结晶出成分为wSb=64%的固相，根据上述条件，1）绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区名称；2）从相图上确定含锑量为40%合金开始结晶和结晶终了温度，并求出它在400℃时平衡相成分及相对量。

解：1）根据题意，520℃时液相成分为wSb=50%，结晶出固相成分为wSb=87%；400℃时液相成分为wSb=1-wBi=1-80%=20%，结晶出固相成分为wSb=64%，因此，液相线四个坐标为（271.5，0），（400，20），（520，50），（630.7，100）；固相线四个坐标为（271.5，0），（400，64），（520，87），（630.7，100）。

将上述四点在坐标纸上标出并光滑连接即得Bi-Sb相图2）根据相图，含锑量为40%合金开始结晶温度约为490℃，终了结晶温度约为350℃。