第二章 结构与结晶.ppt

第二章 金属与合金的结构与结晶 3、结晶过程： 4、同素异晶转变的影响： 二、匀晶相图 二、固溶体 合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相 溶剂：与固溶体晶格类型相同的组元 溶质：晶格消失的组元 溶剂A + 溶质B = C 例如: （α–Fe） + C = F (铁素体) 体心立方 六方立方 体心立方 特点：溶质原子溶入溶剂晶格中形成的合金相，并不改变溶剂的晶格类型,固溶体的成分不固定。 固溶体是合金的重要组成相， 实际应用的合金多是单相固溶体 合金或以固溶体为基体的合金。 Cu-Ni置换固溶体 Fe-C间隙固溶体 固溶体按溶质原子所处位置分为： 置换固溶体 间隙固溶体 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 黄铜置换固溶体组织 1、置换固溶体 无限固溶体：铜与镍能以任何比例互溶 有限固溶体：锌在铜中只能溶入39% 无序固溶体：溶质原子无规则分布 有序固溶体：溶质原子有序分布 无限固溶须满足三个条件： 1）原子外层电子结构相近 2）原子半径相差不大 3）晶格类型相同 铜与镍能以任何比例互溶，是无限固溶体。 锌在铜中最大溶解度为39%，是有限固溶体。 铜镍合金 铜锌合金 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：碳、氮、硼等，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 D 质 / D 剂 ＜ 0.59 间隙固溶体都是无序固溶体。 2、间隙固溶体 随溶质含量增加, 固溶体的强度、硬度增加, 塑性、韧性下降 的现象称为固溶强化。 产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变以及对位错的 钉扎作用。 3、固溶体的性能 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：3 Fe + C → Fe3C （1）正常价化合物 （2）电子化合物 （3）间隙相和间隙化合物 金属化合物分类： 金属化合物都是硬而脆，不能作基体相。 Fe3C的晶体结构 1、相图的表示法 1）坐标轴 横坐标表示成分 纵坐标表示温度 2）相线与相区 液相线：结晶开始的温度 固相线：结晶终了的温度 中间区域为混合相 Cu – Ni合金相图 一、状态图基本概念 第五节 二元合金状态图 1）配制一系列不同成分的Cu-Ni合金 成分 WCu WNi 合金1 100% 0 合金2 80% 20% 合金3 60% 40% 合金4 40% 60% 合金5 20% 80% 合金6 0 100% 2、相图的建立 2）用热分析法测出合金的冷却曲线 温度 时间 0 Cu Ni 20 60 40 80 100 L L+a a Cu-Ni合金冷却曲线 Cu-Ni合金相图 3）建立Cu-Ni合金相图 WNi/% → WNi 0% WNi 40% WNi 60% WNi 80% WNi 100% WNi 20% 相线：上曲线 — 液相线 下曲线 — 固相线 相区：L — 液相区 α — 固相区 L+α — 液固共存区 4）相线与相区 * 一、金属的特性 具有良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽。 第一节 金属的晶体结构 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称为金属键。 金属键模型 二、晶体结构的基本概念 （一）晶体与非晶体 1、晶体：内部原子有规律排列的物质。如固态金属及合金等。 特点：结构有序、各向异性、有固定的熔点 ????一切固态物质可分为晶体与非晶体两大类。 晶 体 2、非晶体：内部原子没有规律排列的物质，如玻璃、松香等。 ???? 特点：结构无序、各向同性、没有固定熔点 非晶体 简单立方体结构示意图 （二）晶格与晶胞 1、晶格：用于描述原子在晶体中规则排列方式的 空间几何图形 晶格中直线的交点称为结点 原子堆砌模型 晶 格 结点 2、晶胞：晶格中完全反映晶格特征的最小几何单元 表征晶胞大小和形状的参