第一章 合金钢中相组成.pptVIP

Chapter 2 合金钢中的相组成;第一节 铁基固溶体 第二节 钢中的碳化物 第三节 钢中的氮化物 第四节 钢中的金属间化合物 第五节 非金属相;第一节 铁基固溶体 一、置换固溶体的形成规律 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是： (1)溶剂与溶质的点阵相同； (2)原子尺寸因素(形成无限固溶体时，两者之差不大于±8%)； (3)组元的电子结构(组元在周期表中的相对位置)。 Mn、Co、Ni与γ-Fe符合上述条件，可形成无限置换固溶体，V、Cr与α-Fe符合上述条件，可形成无限置换固溶体。 注意：对于形成无限固溶体来说，组元的点阵相同是必须的，但不是充分的，例如：Mo（2.01? ）、W（2.02? ）虽然与α-Fe（1.72 ? ）点阵相同，但原子尺寸相差较大，只能形成有限置换固溶体。 ;;二、间隙固溶体形成规律 ??? 铁的间隙固溶体是Fe与较小原子尺寸的间隙元素所组成的。间隙固溶体总是有限固溶体，其溶解度取决于： (1)溶剂金属的晶体结构； (2)间隙元素的原子尺寸。 体心立方结构的间隙如下图所示：;面心立方结构的间隙（a）四面体间隙；（b）八面体间隙; 其中间隙类型，数量及 值（rB为间隙半径，rA为原子半径）如下表所示： 表－三种典型晶体结构中的间隙; 从图中还可以看出：密排六方的间隙类型与面心立方相同，同类间隙的形状完全相同，仅位置不同，在原子半径相同的条件下这两种结构同类间隙的大小完全相同。 一般间隙原子的原子半径如表所示：; 由于面心立方结构的间隙大于体心立方结构的间隙，所以，间隙原子在γ-Fe中的最大溶解度要高于其在α-Fe中的最大溶解度。例如：C原子在γ-Fe中的最大溶解度(2.11wt%C)显著地高于α-Fe中的最大溶解度(0.0218wt%C)。;第二节 钢中的碳化物 一、一般特点： 碳化物是钢中的重要组成相之一，碳化物的类型、数量、大小、形状及分布对钢的性能有极重要的影响。 碳化物具有高硬度和脆性，并具有高熔点。这表明它具有共价键特点； ??? 碳化物具有正的电阻温度系数，具有导电特性。这表明它具有金属键特点； 碳化物具有金属键和共价键的特点，以金属键占优。 ;二、碳化物的结构 ??? 过渡族金属的碳化物中，金属原子和碳原子可形成简单点阵或复杂点阵结构，金属原子处于点阵结点上，而尺寸较小的碳原子在点阵的间隙位置。 ??? 如果金属原子间的间隙足够大，可以容纳碳原子时，碳化物就可以形成简单密排结构。 ??? 若这种间隙还不足容纳碳原子时，就得到比简单结构稍有变形的复杂密排结构。 ??? 因此碳原子半径(γC)和过渡族金属的原子半径(γM)的比值(γC/γM)决定了可以形成简单密排还是复杂结构的碳化物。 ; 金属元素的γC/γM值如下： ;图2－4 VC晶体结构;2、当γC/γM 0.59, 形成复杂点阵的碳化物 一般合金钢中常出现的复杂点阵的碳化物为Cr，Mn，Mo，Fe的碳化物或它们的合金碳化物，主要类型有M3C，M7C3，M23C6等。;小结： ●Ⅳ、Ⅴ族金属的碳化物具有简单的点阵结构； ● Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ金属的碳化物具有复杂的点阵结构。 ;三、碳化物的稳定性 ??? 碳化物在钢中的相对稳定性取决于合金元素与碳的亲和力的大小，即取决于合金元素d层电子数。 ??? 金属元素的d层电子数越少，它与碳的亲和力就越大，所析出的碳化物在钢中就越稳定。 ????????? 下面给出部分合金元素的d层电子数 ;从第四周期合金元素来看： ??? 与碳的亲和力钛钒铬锰,而钴和镍的3d层电子数比铁多，与碳的亲和力比铁弱，故在钢中不形成碳化物。 在钢中碳化物相对稳定性的顺序如下：? ? Hf Zr Ti Ta Nb V W Mo Cr Mn Fe 铪、锆、钛、铌、钒是强碳化物形成元素，形成最稳定的MC型碳化物； 钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素； 锰、铁是弱碳化物形成元素。 ; 合金碳化物在钢中的行为与其自身的稳定性有关: ??? 强碳化物形成元素所形成的碳化物比较稳定，其溶解温度较高，溶解速度较慢，析出和聚集长大速度也较低。 弱碳化物形成元素的碳化物稳定性较差，很容易溶解和析出，并有较大的聚集长大速度。 碳化物的稳定性可由下式来归纳表示： ;四、碳化物的相互溶解 钢中往往同时存在着多种碳化物形成元素，在一种碳化物中可溶解其它元素，形成含有多种合金元素的复合碳化物。各种碳化物