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潍坊学院教案
有三种类型：
①正常价化合物
组成元素严格按原子价规律结合，成分固定，用分子式表示。
如：Mg2Si、Mg2Sn、Mg3Sb2等。
一般都是金属元素与4、5、6族元素组成，在元素周期表中相距较远，
电负性差较大。
以金属键或离子键结合。
②电子化合物
= 价电子数/ 原子数）组成的具有一定晶根据一定的电子浓度比（C
电
体结构的化合物，不遵守原子价规律，成分可变。
=21/14，β相（b.c.c. 结构）；
C
电
=21/13，γ相（复杂立方结构）；
C
电
=21/12，ε相（h.p.c.结构）。
C
电
③间隙相与间隙化合物
一般是直径较大的过渡族元素（Fe、Cr、Mo、W、V）和原子直径小的
非金属元素（H、C、N、O、B）组成。
间隙相：r x/r M<0.59，具有简单晶体结构，如：WC、Ti、VC等。
间隙化合物：r x/r M>0.59，具有复杂晶体结构，如：Fe3C、Cr23C6、
Cr7C3等
金属间化合物的性能：熔点高，硬且脆，一般作强化相。
二、二元合金相图
1、合金的结晶特点
也是形核与长大，但有自己的特点：
（1）不是恒温下进行的，有一定的结晶温度范围。
（2）结晶过程中不只有一个固相和液相，而是在不同范围内有不同的相，各相成分也变化。
因此，合金的结晶过程要复杂些，单用一条冷却曲线难以说清楚。
为了
研究合金的结晶过程及合金组织的变化规律，需借用一个工具——相图。
合金结晶和纯金属结晶的异同合金结晶和纯金属结晶是固态金属材料在冷却过程中形成晶体结构的两种不同方式。
虽然它们都涉及到原子的有序排列，但在细节上存在一些差异。
本文将从晶体形成的过程、晶体结构以及性质等方面对合金结晶和纯金属结晶进行比较和分析。
合金结晶和纯金属结晶的形成过程存在一些异同。
合金结晶是由两种或更多种金属元素组成的固态混合物，在冷却过程中形成晶体结构。
纯金属结晶则是由单一金属元素组成的固态材料。
不论是合金还是纯金属，其结晶过程都可以分为凝固和晶体生长两个阶段。
在凝固阶段，金属原子开始有序排列，形成初生晶核。
随着冷却的继续，这些晶核逐渐长大并扩展，直到填满整个材料。
合金结晶和纯金属结晶的晶体结构也存在差异。
纯金属结晶中的金属原子排列规则，通常具有高度的对称性。
常见的金属结晶结构有面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和密堆积六方（HCP）等。
而合金结晶由于含有多种金属元素，其晶体结构往往更为复杂。
合金晶体中金属原子的排列方式取决于不同金属元素之间的相互作用力，可能会形成固溶体、亚稳相或化合物等多种晶体结构。
合金结晶和纯金属结晶的性质也有所差异。
合金的存在可以改变材料的力学性能、热学性质和化学反应性等。
通过调整合金的成分和结构，可以获得不同的材料性能，如提高强度、增加耐腐蚀性等。
纯金属的性质主要取决于其晶体结构和原子间的键合，因此通常具有较高的电导率和热导率，以及良好的延展性和可塑性。
总的来说，合金结晶和纯金属结晶在形成过程、晶体结构和性质等方面存在一些异同。
合金结晶由于含有多种金属元素，其晶体结构较为复杂，而纯金属结晶则具有较高的对称性。
此外，合金的存在可以改变材料的性能，而纯金属的性质主要取决于其晶体结构和原子间的键合。
深入理解合金结晶和纯金属结晶的差异，对于合金材料的设计和应用具有重要意义。
第二章 金属与合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。
晶体与非晶体的区别表现在许多方面。
晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。
此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。
在一般情况下的固态金属就是晶体。
一、晶体结构的基础知识（1）晶格与晶胞为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2-1）晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2-1），它具有很高对称性。
（2）晶胞表示方法不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。
结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示，称为晶格常数。
晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。
当棱边a b c ==，棱边夹角90αβγ===︒时，这种晶胞称为简单立方晶胞。
（3）致密度金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。
二、三种典型的金属晶格1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。
它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。
属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。
2、面心立方晶格晶胞示意图见图2-2b。
它的晶胞也是一个立方体，立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为4个，其致密度为0.74（原子排列较紧密）。
属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ-Fe等。
3、密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体，原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，晶胞示意图见图2-2c。
其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.74。
属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。
合金的结晶过程和特点
合金是由两种或两种以上的金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的物质。
合金的结晶过程和特点与纯金属不同，下面将分别进行介绍。
1.合金的结晶过程
合金的结晶过程是在一定温度和压力下，原子从无序排列逐渐形成有序排列的过程。
这个过程可以分为以下几个阶段：
(1)形核阶段：在液态合金中，原子随机排列，当温度降低时，原子开始聚集形成核。
这个阶段是结晶的开始。
(2)长大阶段：在形核后，原子在核上排列，形成晶体。
随着温度下降，晶体不断长大。
(3)相变阶段：当晶体长大到一定阶段时，合金中会出现相变，即新旧相交替出现。
这个阶段是结晶过程中最困难的阶段。
(4)晶粒长大阶段：在相变结束后，晶粒开始长大，最终形成均匀的晶粒结构。
2.合金的结晶特点
合金的结晶特点与纯金属不同，主要包括以下几个方面：
(1)结晶温度范围：合金的结晶温度范围较宽，不像纯金属那样具有明显的结晶点。
(2)晶格结构：合金的晶格结构比纯金属复杂，包含多种元素和原子排列方式。
(3)偏析：合金中常常出现元素偏析现象，即某些元素在晶格中
的分布不均匀。
(4)相变：合金中常常出现相变现象，即不同晶体结构之间的转变。
总之，合金的结晶过程和特点与纯金属不同，具有独特的特征。
这些特征对合金的性能和加工工艺具有重要影响，需要在实际应用中加以考虑和掌握。
合金的结晶知识点总结一、结晶的定义与特点结晶是指物质在一定条件下，由无序状态转变为有序状态的过程。
在固态金属和合金中，结晶是一种重要的物理现象，它影响着合金的性能和用途。
结晶的特点包括有序性、周期性、规则性和对称性。
二、合金的结晶方式合金的结晶方式主要包括共晶结晶、析出结晶、扩散控制结晶、再结晶等。
1. 共晶结晶共晶合金是由两种或两种以上的金属元素组成，且在一定温度范围内形成与基体共同结晶的合金。
共晶合金的共晶点温度比升华温度低，使得共晶合金易于结晶。
2. 析出结晶析出结晶是指在固溶体中析出新的相或晶粒，该过程是固溶体中溶质从固溶体中析出的过程。
3. 扩散控制结晶扩散控制结晶是由于界面扩散对固相反应速率的控制，因而在分解时呈现扩散控制的过程。
4. 再结晶再结晶是宏观特征是对晶体变形的恢复。
通过核心再结晶再结晶拟晶长大及晶粒细化，生产出具有良好性能的金属材料。
三、影响合金结晶的因素1. 温度温度是影响合金结晶的最主要因素之一。
合金的熔点、凝固温度和再结晶温度都与结晶过程有关，温度对合金结晶方式和晶粒尺寸都有很大的影响。
2. 成分合金的成分对结晶过程和晶粒尺寸都有重要的影响。
合金的成分不同，其结晶过程、成分的分布和晶粒尺寸都会有所差异。
3. 液态冷却速率冷却速率是指液态金属或合金在冷却过程中的冷却速率。
液态冷却速率对合金的宏观结构和微观结构都会产生重要的影响，从而影响合金的结晶方式和晶粒尺寸。
4. 添加元素合金中添加的元素对其结晶过程和晶粒尺寸都有很大的影响。
添加元素可以改变合金的化学成分和晶粒尺寸，从而对合金的性能产生影响。
四、合金结晶技术1. 凝固技术合金的凝固技术是其中最重要的一项技术，凝固技术可以影响合金的结晶方式、晶粒尺寸和组织结构，从而影响合金的性能和用途。
2. 热处理技术热处理技术包括退火、淬火、固溶处理、时效处理等，通过热处理技术可以改变合金的晶粒尺寸和组织结构，从而影响合金的性能和用途。
第八节合金的晶体结构与结晶过程
一、基本概念
●组成合金最基本的、独立的物质称为组元。
●由两种或两种以上的组元按不同比例配制而成的一系列不同化学成分的所有合金，称为合金系。
●相是指在一个合金系统中具有相同的物理性能和化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的部分。
●组织是指用金相观察方法，在金属及其合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。
二、合金的晶体结构
根据合金中各组元之间的相互作用，合金中的晶体结构可分为固溶体、金属化合物及机械混合物三种类型。
（一）固溶体
●合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一种原子而形成的晶体相，称为固溶体。
根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。
1．置换固溶体
●溶质原子代替一部分溶剂原子，占据溶剂晶格的部分结点位置时，所形成的晶体相，称为置换固溶体。
按溶质溶解度的不同，置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体。
a) 置换固溶体 b) 间隙固溶体
图1-32 固溶体的类型
2．间隙固溶体
●溶质原子在溶剂晶格中不占据溶剂晶格的结点位置，而是嵌入溶剂晶格的各结点之间的间隙内时，所形成的晶体相，称为间隙固溶体。
无论是置换固溶体，还是间隙固溶体，异类原子的插入都将使固溶体晶格发生畸变，增加位错运动的阻力，使固溶体的强度、硬度提高。
这种通过溶入溶质原子形成固溶体，使合
金强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
固溶强化是强化金属材料的重要途径之一。
a）间隙固溶体 b）置换固溶体（大溶质原子） c）固溶体（小溶质原子）
图1-33 形成固溶体时产生的晶格畸变
（二）金属化合物
●金属化合物是指合金中各组元之间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相。
金属化合物具有与其构成组元晶格截然不同的特殊晶格，熔点高，硬而脆。
（三）机械混合物
●由两相或两相以上组成的多相组织，称为机械混合物。
在机械混合物中各组成相仍保持着它原有晶格的类型和性能，而整个机械混合物的性能则介于各组成相的性能之间，并与各组成相的性能以及相的数量、形状、大小和分布状况等密切相关。
三、合金结晶过程
合金的结晶过程与纯金属一样，也是晶核形成和晶核长大两个过程。
同时结晶时也需要一定的过冷度，结晶后形成由多晶体。
合金的结晶过程中具有如下特点： （1）纯金属的结晶是在恒温下进行，只有一个结晶温度。
而绝大多数合金是在一个温度范围内进行结晶的，一般结晶的开始温度与终止温度是不相同，一般有两个结晶温度。
（2）合金在结晶过程中，在局部范围内相的化学成分（即浓度）有差异，当结晶终止后，整个晶体的平均化学成分与原合金的化学成分相同。
（3）合金结晶后一般有三种情况：第一种情况是形成单相固溶体；第二种情况是形成单相金属化合物或同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)；第三种情况是结晶开始时形成单相固溶体，剩余液体又同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)。
四、合金结晶冷却曲线
合金结晶过程比纯金属复杂得多，但其结晶过程仍可用结晶冷却曲线来描述。
一般合金的结晶冷却曲线有以下三种形式：
图1-34 合金的结晶冷却曲线
Ⅰ—形成单相固溶体Ⅱ—形成单相金属化合物或析出共晶体Ⅲ—形成机械混合物
●从一定化学成分的液体合金中同时结晶出两种固相物质，则该转变过程称为共晶转变(或称共晶反应)，其结晶产物称为共晶体。
共晶转变是在恒温下进行的。
●在固态下由一种单相固溶体同时析出两相固体物质，称为共析转变(或称共析反应)。
共析转变与共晶转变一样，也是在恒温条件下进行的。
