材料及热加工工艺第二章金属及合金的结构与结晶.pptVIP

《材料及热加工工艺 》 第一节 金属的结构与结晶 二、金属的晶体结构 2、晶格与晶胞 ⑴ 晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成 四 金属的结晶 3、晶粒大小对金属力学性能的影响及细化晶  粒的方法 细化晶粒的途径: 三、 二元合金相图 1、匀晶相图 Cu-Ni Au-Ag… ① 置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布 的称有序固溶体。 黄铜置换固溶体组织 ☆无限固溶须满足三个条件： a.原子外层电子结构相近；（电化学、负电性） b.原子半径相差不大； c.晶格类型相同；（晶体结构） Cu与Ni： 29、28；2.55 ? 、2.44 ?；均为fcc结构。 故Cu与Ni形成无限置换固溶体。 ② 间隙固溶体 溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金 属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。 形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂0.59。 间隙固溶体都是无序固溶体。 ③固溶体的性能 随溶质含量增加, 固溶体的强度、硬度增加, 塑性、韧性下降—固溶强化。 产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。 2、金属化合物 合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它的晶体结构、性能、熔点与两组元都不同，并具有金属特征，这种相称为金属化合物。 如：Fe + C → Fe3C （1）正常价化合物 Mg2Si （2）电子化合物 （3）间隙化合物 根据形成条件： 金属化合物都是硬而脆，不能作基体相。 Fe3C的晶体结构 纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。在结晶 的过程中只有液相和固相数量的变化。 合金的结晶通常是在一定的温度范围内进行的， 在结晶的过程中，不但有固相和液相数量变化， 而且各相的成分也在变化。 相图是表明平衡结晶条件下（即极缓慢加热或冷却条件下）合金成分、温度和相（或组织）之间的关系图形，是选材、制定工艺的依据。 一）、相图的建立 1) 配制不同成分的合金； 2) 测定每种合金的冷却曲线，找出每种合金的临界点（即冷却曲线上的转折点）； 3) 将具有相同意义的临界点标注在温度—成分坐标图中相应的合金线上； 4) 把具有相同意义的临界点连成曲线即可。 Cu-Ni合金相图的建立过程 二）二元合金相图的基本类型 特点：两组元在液态、固态均能够完全无限互溶，形成单一均匀无限固溶体。 1) 相图分析 组元：Cu、Ni 相：L、α A、B点：熔点 线：固、液相线 相区： L、L+ α、 α ? L L + ? 成分（wt%Ni） 温度（℃） Cu Ni 液相线 固相线 以Cu-Ni合金相图中Ni含量为40%的合金为例: 2) 合 金 的 结 晶 过 程 3） 杠杆定律 处于两相区的合金，由相图可知两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。 现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律： ① 确定两平衡相的成分： 划线求横坐标 1 2 ? ? t ② 确定两平衡相的相对 重量： 根据杠杆定律求解 设合金的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q?。 则QL + Q? =1 QL x1 + Q? x2 =x 解方程组得： 应用：距某相区远的那一段线段长与直线全长的比就等于某相的相对重量。 4)枝晶（晶内）偏析 形成原因： 冷却速度快，固溶体的化学成分来不及扩散均匀。 定义：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。 影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。 Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织 平衡组织：含Ni30%的固溶体 枝晶偏析组织 由Cu-Ni合金的结晶过程可知，先结晶出的含镍量高，不易被腐蚀，呈亮白色；后结晶出的含铜量高，易被腐蚀，呈黑色。 生产中用“扩散退火”（均匀化退火）加以消除 材料及热加工工艺—第二章 金属及合金的结构与结晶 西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT 第二章 金属及合金的结构与结晶 §1 金属的结构与结晶 §2 合金的结构与相图 一、金属键与金属的特性 金属原子的外层电子少，容易失去。当金属原子相互靠近时，外层原子就脱离原子，成为自由电子，为整个金属所共有，自由电子在金属内部运动，形成电子气。这种依靠自由电子与金属正离子的相互吸引而结合的方式