[工学]第3章 合金的结构与相图.pptVIP

第三章 合金的结构与相图 §1 固态合金中的相结构 §2 二元合金相图的建立 §3匀晶相图 §4二元共晶相图 §5二元包晶相图 §6形成稳定化合物的二元合金相图 §7具有共析反应的二元合金相图 §8合金的性能与相图之间的关系 合金的基本概念 合金 通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。 组元 组成合金的最基本的、独立的物质称为组元 相 在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相. 组织 组织(是一种显微尺度)在金属和合金中，用肉眼、低倍放大镜或普通金相显微镜，可观察到的金属或合金内部晶体(微观)形貌。它是由单相物质或多相物质组合成的，具有一定形态特征的聚合体. 一、固溶体 （一）固溶体的结构与分类 1、置换固溶体 2、间隙固溶体 1、置换固溶体 溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成的固溶体称置换固溶体。 溶质原子在溶剂晶格结点上呈无序分布的置换固溶体称为无序固溶体；溶质原子在溶剂晶格结点上按一定秩序排列的置换固溶体称有序固溶体。显然，只有当溶质原子和溶剂原子成一定比例时，才有可能形成有序固溶体。 此外，按照溶解度的大小，置换固溶体，又可分为无限置换固溶体和有限置换固溶体。 2、间隙固溶体 溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体，即间隙固溶体，间隙固溶体仍保持着溶剂金属的晶格类型。 已有研究表明，当溶质元素的原子直径与溶剂元素的原子直径之比小于0.59时，易于形成间隙固溶体，而在直径大小差不多的元素之间易于形成置换固溶体。 固溶体的性能 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于溶质原子的存在都会使晶格发生畸变，使其性能不同于原纯金属。 当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般情况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率升高，导电性逐渐下降等。这种现象称为固溶强化 二、金属间化合物 若新相的晶格结构不同于任一组成元素，则新相是组成元素间相互作用而生成的一种新物质，属于化合物，如碳钢中的Fe3C，黄铜中的β相（CuZn）以及各种钢中都有的FeS、MnS等等，都是化合物。 金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶格类型完全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗碳体（Fe3C）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的晶格形式。 §2 二元合金相图的建立 一、相图的意义及几个名词的涵义 二、二元合金状态图的建立 1． 组元： 通常把组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质称为组元。但在所研究的范围内既不分解也不发生任何化学反应的稳定化合物也可称为组元，如Fe3C看作一组元。 2． 合金系 由两个或两个以上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。 二、二元合金状态图的建立 目前，合金状态图主要是通过实验测定的，且测定合金状态图的方法很多，但应用最多的是热分析法。 以Cu—Ni合金相图测定为例，说明热分析法的应用及步骤： （1）配制不同成分的合金试样，如Ⅰ纯铜；Ⅱ75%Cu+25%Ni；Ⅲ50%Cu+50%Ni；合金Ⅳ　25%Cu+75%Ni；Ⅴ：纯Ni。 用热分析法测定Cu、Ni相图 a）冷却曲线 b）相图 一、相图分析 二、合金的结晶过程 三、二元相图的杠杆定律 四、固溶体合金中的偏析 两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶的二元合金系所形成的相图，称为匀晶相图。 匀晶转变：结晶时从液相中结晶出单相固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。 二、合金的结晶过程 在整个冷却过程中，随温度的降低：　 液相成份随液相线变化;　 固相成份随液相线变化;　 Cu-Ni合金枝晶偏析示意图 偏析的产生： 由于实际生产中，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含高熔点组元较多，合金的熔点较高，构成晶体的树枝状骨架，后结晶出的部分含高熔点组元较少，熔点较低，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。 偏析的影响及消除： 出现枝晶偏析后，使合金材料的机械性能、耐蚀性能和加工工艺性能变坏。 可通过扩散退火予以消除。一般采用将铸件加热到低于固相线100～200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分扩散，成分均匀化。 一、相图分析 二、合金结晶过程 概念：两组元在液态时无限互溶，在固态时 有限互溶，并发共晶反应，形成共晶