第3章合金的结构与二元状态图技巧.ppt

第三章 合金的相结构 与二元状态图 ;§1 合金中的相结构 ;二、合金中的相结构 固态合金中的相结构根据晶体结构的不同特点分为： 固溶体 ：在合金结晶时所形成的固相的晶格结构与合金的某一种组元的晶格结构相同。 （或以合金中某一组元为溶剂，其他组元为溶质，所形成的保持溶剂晶体结构的固相称为固溶体） 2.间隙化合物：形成合金的组元相互作用并且所形成合金的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新物质。;1. 固溶体; 1)置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。 有序固溶体在加热到某一临界温度时会转化为无序固溶体；而在极缓慢冷却至这一温度时可以向有序固溶体转化。称有序转化;; 影响固溶体溶解度的因素 原子尺寸因素：原子半径差越小，易形成置换固溶体且固溶度越大。 晶体结构因素：组元间结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体； 负电性因素(化学亲和力)：负电性差越大（在周期表中远），溶解度大。（负电性差很大时，形成化合物） 电子浓度因素：电子浓度e/a越大，溶解度越小。 c=e/a=xu +(1-x)v（电子浓度：合金中两个组元的价电子总数和原子总数之比。） ; 固溶体的性能;;2. 金属间化合物;;;3 机械混合物;§2 二元合金状态图 ;;二、二元相图的表示方法;;三、二元合金相图的测定方法;;;相图分析;相律;自由度：指在保持合金系中相的数目不变的条件下，使合金系中可以独立改变的、影响合金状态的内部及外部因素的数目。;利用相律可以解决一些问题;三、二元状态图的基本类型分析;二元匀晶相图： 两组元在液态下无限互溶，固态下也无限互溶的合金相图。 二元合金系有：Cu-Ni，Au-Ag，Cr-Mo等 特点：结晶时发生匀晶转变，从液相结晶出单相的固溶体。 相图分析： ;Cu;平衡结晶;杠杆定律;;例：铋-锑（Bi-Sb）二元合金相图，求Sb的质量分数为40%的Bi-Sb合金，在400℃时组成相的成分及组成相的相对质量。;固溶体合金中的枝晶偏析 实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分。扩散过程总是落后于结晶过程，合金结晶是在非平衡的条件下进行的。这使得先结晶出来的固溶体合金富含高熔点组元，构成晶体的树枝状骨架，后结晶出的部分富含低熔点组元较少，填充于枝间。这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析或称晶内偏析。 ;先结晶， 不易浸蚀， 呈亮白色;2.二元共晶相图;点：共晶点E，纯组元熔点 最大溶解度点;以Pb-Sn合金共晶相图为例， 对共晶相图的基本结构，点、 线、区进行基本介绍： 共晶反应： 1、点 ;2、线;3、区;;;端部固溶体合金的室温平衡组织;结晶过程分析——共晶合金;两相的相对含量计算：;共晶组织金相图;共晶合金室温平衡组织特征;;;;;;;;结晶过程分析——亚共晶合金(Wsn=0.3);亚共晶合金室温平衡组织特征;;过共晶合金室温平衡组织特征;组织组成物与相组成物;α→βⅡ 脱溶;相图的相组成物;因此,相构成了组织.合金的组织可以由单相固熔体或金属间化合物组成,也可由一个固熔体和一个金属间化合物或两个固熔体和两个金属间化合物等组成.就是由于这些相的相对数量,形状,尺寸和分布的不同,才形成了各种各样的组织.;伪共晶;在非平衡结晶条件下，由于冷却速度较快产生过冷，当液态合金过冷到两条液相线的延长线所包围的区域时，就可获得完全的共晶组织。此时合金液中α相和β相都是过饱和的，所以结晶出α 和β的共晶组织。;;3.　二元包晶相图 ;相图分析;;4. 二元共析相图;分析二元合金相图的要点;三相平衡线的图形特征及性质;§3 相图与性能的关系 ;溶质元素 → 晶格畸变 → 强度、硬度↑（ 浓度50%时最大 ） 强度与组成相或组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密，强度越高（共晶点处，共晶组织细小、均匀细密，强度达最高值。）;根据相图判断材料的工艺性能;铸造性能：根据液固相线之间的距离X X越大，成分偏析越严重（因为液固相成分差别大）； X越大，流动性越差（因为枝晶发达）； X越大，热裂倾向越大（因为液固两相共存的温区大）。 塑性加工性能：选择具有单相固溶体区的合金。 热处理性能：选择具有固态相变或固溶度变化的合金