第六章合金的构造和合金相图.ppt.pptVIP

第三节 合金的性能与相图的关系 一、合金的物理、机械性能与相图的关系 二、合金的工艺性能与相图的关系 1、铸造性 2、锻造性 第六章 合金的构造与合金相图 第一节 合金的构造 一、合金与相 纯金属价格昂贵，且使用性能特别是机械性能远不能满足工业生产的要求，而合金具有优良的使用性能，机械性能大大超过纯金属，在生产中获得广泛应用。 合金是两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素所组成的具有金属特征的物质。最常见的碳钢和铸铁就是以铁和碳为主形成的合金；青铜和黄铜是在铜的基础上分别加入锡、锌及其他元素而形成的合金。 组成合金的独立的基本物质，称为组元或元，合金中的组元主要是元素或稳定和介稳定的化合物。两种、三种和多种组元所形成的合金，分别称为二元合金、三元合金和多元合金。两种组元按照不同比例可配置出一系列不同成分的二元合金。例如80%Cu和20%Zn所组成的二元合金称为金色黄铜，70%Cu和30%Zn所组成的二元合金称为弹壳黄铜。由于成分的变化，合金的性能便会相应地发生变化。所以，由两种或两种以上的组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，称为合金系。两种、三种或多种组元构成的合金系分别称为二元、三元或多元合金系。 在金属与合金中，凡具有相同的化学成分、相同的晶体结构和相同的聚集状态并有界面彼此分开的均匀组成部分称为相。相具有以下主要特征： （1）同一物质可有三个相，呈气态为气相、呈液态为液相、呈固态为固相； （2）一个相中可包含几种物质，如液态二元或三元合金。空气是一个相，但其中包括氧、氮、氢等多种元素； （3）物质在固态时，可呈单相，也可呈多相。 由数量、形态、大小和分布不同的各种相组成固态物质，这种多相结构称为组织。根据固态物质中相的数目不同，又分为单相、两相、三相或多相组织。 二、合金中的相结构 合金的使用性能，特别是机械性能优于纯金属，其原因在于固态合金具有相结构和复杂的相组织。合金在固态时的相结构有固溶体和化合物。 1、固溶体 金属在固态下，像溶剂一样具有溶解元素的能力，被溶解的元素称为溶质。固溶体是溶质原子溶解于溶剂的晶格中所形成的单相固体。固溶体常用希腊字母α，β，γ，δ或符号A（B）来表示。A（B）固溶体是溶质B溶于溶剂A中所形成的单相固体。 1）．固溶体的特点 固溶体是由两种元素形成的单相固体；固溶体的晶格与溶剂的晶格相同；溶质原子使溶剂晶格发生畸变。 2）．固溶体的种类 依溶质原子在固溶体晶格中的位置不同分为两种： （1）置换固溶体：是溶质原子置换了溶剂晶格结点上的原子而形成单相固体。 （2）间隙固溶体：是溶质原子钻入溶剂晶格的空隙中所形成的单相固体。 溶质溶于固溶体中的量为固溶体的浓度，用重量百分数或原子百分数表示。在一定的温度、压力条件下，溶质在固溶体中的最大浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。 影响固溶体种类和溶解度的主要因素是组元的原子半径、电化学特征及晶格类型等。原子半径、电化学特征接近和晶格类型相同的组元易形成置换固溶体。原子半径相差较大的组元易形成间隙固溶体。 6-1 3)．固溶体的性能 不论哪一种固溶体，溶质原子都将造成溶剂晶格的畸变和晶格常数的变化，而且随着浓度的增加，晶格畸变更加严重。晶格畸变增大了位错运动的阻力，使金属滑移变形更加困难，从而使固溶体的强度、硬度提高，塑性和韧性下降。溶质溶于溶剂中，使固溶体的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。通过形成固溶体可以提高金属的性能，因此固溶强化是工业生产中又一强化金属的重要手段。 2、化合物 化合物或称金属化合物，它是两种元素（其一为金属）自液态转变成固体时，相互作用形成的一种新相。 化合物是一定成分按比例组成，而且新相的晶体结构不同于组元中的任一元素。化合物一般具有高熔点、高硬度和高脆性的特点。 化合物是合金中重要的相结构，依其形成条件和特征的不同分为三种： （1）正常价化合物。正常价化合物是严格遵守化合价规律的化合物，即有严格的化合比，成分固定，可用化学式表示，例如Mg2Si，Mg2Sn，MnS等。 正常价化合物大多由金属元素与周期表中ⅣA，ⅤA，ⅥA族的非金属元素组成。正常价化合物的晶格类型与组元完全不同，并具有熔点高、硬度高和脆性大的特点。 （2）电子化合物。按照电子浓度的规律形成的化合物称为电子化合物。 电子浓度为化合物中价电子数与原子数之比。电子浓度与晶