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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 金属 » 专题 » 【专题】【2009.5.4：一】|★|金属材料知识天天看|★|---金属学基础
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FLY_Phoenix

荣誉版主 (职业作家)

小木虫归隐传道士

[交流] 【专题】【2009.5.4：一】|★|金属材料知识天天看|★|---金属学基础

固溶体的概念以及分类



      固溶体是指一种组元(组分)因“溶解”了其他组元而形成的单相晶态固体。用放大倍数有限的金相显微镜来检查，结果显示它是均匀的。一般把固溶体中含量较高的组元称做主晶体、基质或溶剂，其他组元称为溶质或杂质。

      固溶体和机械混合物有着本质的区别。组元A和B形成固溶体时，A和B是以原子尺度相混合的，A和B之间存在可混溶性(miscibility)。因此，固溶体是单相均匀的，并且它的结构和溶质的晶体结构往往没有直接的联系，它的性质和主晶体以及溶质本身有着明显的区别。而A和B的机械混合不可能以原子尺度相混，这种混合物不是均匀的单相而是多相，混合物内各相分别保持着自身的结构与性能。

      固溶体的分类方法有两种：按溶质原子(或离子)在固溶体中的位置划分和按溶质原子(或离子)在固溶体中的溶解度划分。

一、按溶质原子在固溶体中的位置划分
      溶质原子溶入主晶体后，可进入主晶体中正常结点位置，生成置换固溶体。目前发现的固溶体，绝大部分属于这种类型。
      溶质原子也可能进入主晶体晶格中的间隙位置，生成间隙固溶体。

二、按溶质原子在主晶体中的固溶度划分
      连续固溶体是指溶质和主晶体可以按任意比例无限制地相互溶解。
      如果溶质原子在主晶体中的溶解度是有限的，存在一个固溶度极限，超过这个限度就会出现第二相，这样的固溶体称为有限固溶体。





      虫友可以就固溶体形成、性质、脱溶等任何问题广泛讨论。      
      认真回复重奖！
      


[ Last edited by FLY_Phoenix on 2009-5-5 at 01:01 ]
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夫君子之行，静以修身，俭以养德，非淡泊无以明志，非宁静无以致远。
1楼 2009-05-05 00:48:40
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sourbing

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★ ★
FLY_Phoenix(金币+5,VIP+0):非常感谢，让我想起了当初考研，知识很亲切~ 5-5 18:28
以钢为例子，铁基固溶体

金属铁具有两种同素异形晶体结构，即α(δ)铁和γ铁。α(δ)铁具有体心立方点阵，存在于910℃以下(称为α铁)和1400℃以上(称为δ铁)温度范围。γ铁存在于这两个温度范围之间，具有面心立方点阵。各种合金元素在α(δ)铁和γ铁中具有不同的溶解度，因而影响到δ-γ或γ-α转变的温度和α(δ)铁和γ铁基固溶体的稳定温度和浓度范围。

那些在γ铁中有较大溶解度，并稳定γ固溶体的合金元素称为奥氏体形成元素；在α铁中有较大的溶解度，并形成α固溶体，使γ铁不稳定的合金元素称为铁素体形成元素。合金元素根据它们在与铁形成二元相图中对γ相区和α相区的作用分为两类。扩大γ相区和缩小γ相区的Fe—M。镍、钴和锰可与γ铁无限固溶，使了相区存在温度范围变宽，而使α和艿相区缩小，甚至在一定浓度范围在室温下可获得面心立方点阵的γ固溶体。而铜、碳和氮虽然使γ相区扩大，但在γ铁中有限溶解，这两种元素都属于扩大γ相区的奥氏体形成元素。除此之外，其他元素都是缩小γ相区，属于铁素体形成元素，其中铬和钒与α铁无限互溶，其他元素与“铁都是有限溶解。这些元素中只有碳、氮和硼与铁形成间隙固溶体，其余元素与铁都形成置换固溶体。
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2楼2009-05-05 08:45:19
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diamond3629

金虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★ ★
FLY_Phoenix(金币+5,VIP+0):感谢探讨，还要谢谢你的支持 5-5 18:29
固溶体的形成对材料起到固溶强化的作用。这种强化作用间隙固溶体要比置换固溶体强，固溶体中的溶质原子产生的晶格畸变使材料的形变抗力增加；间隙原子与位错相互作用形成气团从而钉扎位错使材料难以塑性变形从而强化材料。
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3楼2009-05-05 18:08:28
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FLY_Phoenix

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小木虫归隐传道士
引用回帖:
Originally posted by diamond3629 at 2009-5-5 18:08:
固溶体的形成对材料起到固溶强化的作用。这种强化作用间隙固溶体要比置换固溶体强，固溶体中的溶质原子产生的晶格畸变使材料的形变抗力增加；间隙原子与位错相互作用形成气团从而钉扎位错使材料难以塑性变形从而强 ...

diamond讲得好，这就是固溶强化。如果过饱和固溶体发生脱溶，析出第二相，也有强化效果，而且这种效果要比固溶强化更明显。这种析出第二相的强化就是沉淀强化。
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夫君子之行，静以修身，俭以养德，非淡泊无以明志，非宁静无以致远。
4楼2009-05-05 18:38:17
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lwp1017

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★
FLY_Phoenix(金币+4,VIP+0):谢谢热心交流！~ 5-6 03:11
元素固溶进入主体金属中，尤其是间隙固溶会不可避免的造成金属晶格的畸变，从而也材料的稳定性降低，而这也会导致我们常见的有些元素固溶如合金属于扩大某一种相的元素，以钛合金为例，比如铝加入后能扩大α相，而V 能扩大Bata
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5楼2009-05-05 18:46:56
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diamond3629

金虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★
FLY_Phoenix(金币+4,VIP+0):谢谢热心交流！~ 5-6 03:11
5楼提到的形成固溶体使材料的稳定性降低的说法似乎不准确，从热力学上分析一下，在等温等压的情况下，微量的溶质原子能是系统的熵值显著增加，而对焓变影响不大，这就使体系的自由能降低，体系应当更加稳定才对。这也解释了通过各种技术都很难完全提纯材料的原因。
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6楼2009-05-05 22:50:52
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FLY_Phoenix

荣誉版主 (职业作家)

小木虫归隐传道士
引用回帖:
Originally posted by lwp1017 at 2009-5-5 18:46:
元素固溶进入主体金属中，尤其是间隙固溶会不可避免的造成金属晶格的畸变，从而也材料的稳定性降低，而这也会导致我们常见的有些元素固溶如合金属于扩大某一种相的元素，以钛合金为例，比如铝加入后能扩大α相，而 ...

引用回帖:
Originally posted by diamond3629 at 2009-5-5 22:50:
5楼提到的形成固溶体使材料的稳定性降低的说法似乎不准确，从热力学上分析一下，在等温等压的情况下，微量的溶质原子能是系统的熵值显著增加，而对焓变影响不大，这就使体系的自由能降低，体系应当更加稳定才对。 ...

觉得两位说的都有道理，对于不均匀固溶体的自由能大小其实跟体系温度有关，低温时可能会有部分成分配比会导致自由能升高，但随温度升高固溶体自由能就会下降。也正是因为这样才有了相平衡，达到自由能最低状态。
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夫君子之行，静以修身，俭以养德，非淡泊无以明志，非宁静无以致远。
7楼2009-05-06 03:09:58
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sirljz

铁杆木虫 (著名写手)

Well spend every day！
★ ★
FLY_Phoenix(金币+2,VIP+0):谢谢热心交流！~ 5-7 01:12
准确的固溶体的定义：以某一组元作为溶剂，其它组元为溶质，所形成的与溶剂有相同晶体结构、晶格常数略有变化的固相，称为固溶体。
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8楼2009-05-06 16:26:47
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stent

金虫 (著名写手)
引用回帖:
Originally posted by FLY_Phoenix at 2009-5-6 03:09:
觉得两位说的都有道理，对于不均匀固溶体的自由能大小其实跟体系温度有关，低温时可能会有部分成分配比会导致自由能升高，但随温度升高固溶体自由能就会下降。也正是因为这样才有了相平衡，达到自由能 ...

版主你说的是温度变化的情况，diamond说的是等温等压的情况。
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9楼2009-05-15 10:37:46
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aigoman

铜虫 (初入文坛)
对非理想晶体，固溶强化正是在已经存在晶格畸变的不稳定状态下用形成气团来使之稳定化。
5楼若是讲理想晶体，也没错。
6楼也是我想说的，感性地讲，越混乱越稳定，呵呵，而且给出证明了。
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她的事就是我的事,我的事,那还是我的事！我的钱就是她的钱,她的钱,那还是她的钱！
10楼2009-05-21 20:41:44
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