第二章合金的结构和相图 金属学和 与热处理课件.pptVIP

第二章 合金的结构和相图;本章重点： 1、固溶体的分类及性能。 2、金属间化合物的分类及性能。 3、共晶合金的结晶过程。 4、亚（过）共晶合金的结晶过程。 5、共析反应。;合金：由两种或两种以上金属、或金属与非金属，通过熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 组元：组成合金最基本的、独立的物质叫做组元。 通常，组元为组成合金的元素。稳定化合物也可以作为组元。 ; 合金的一个主要组元必须是金属元素，其他组元可以是金属元素，也可以是非金属元素。 合金具有比纯金属更优越的性能，在工程中得到广泛使用。;§2-1 固态合金中的相结构; 单相合金; 多相合金 ;合金相的分类： 1、固溶体：晶体结构和某一组元相同。 2、化合物：晶体结构和所有组元都不相同。;一、固溶体 定义：溶质原子溶入溶剂晶格中的一种金属晶体。 溶剂：和固溶体晶格类型相同的组元。 溶质：和固溶体晶格类型不相同的组元。;C溶入α-Fe(bcc)，Fe是溶剂，C是溶质。 Zn(hcp)溶入Cu(fcc)，Cu是溶剂，Zn是溶质。 Ni(fcc)溶入Cu(fcc)，两者互为溶剂和溶质。;(一)固溶体的分类 按溶剂晶格中的位置（正常结点或晶格间隙），可分为二类。;;1、置换固溶体 (1)定义：溶质原子替代一部分溶剂原子而占据溶剂晶格结点位置所形成的固溶体。 (2)溶质为金属元素时，因原子尺寸较大，不能存在晶格间隙中，只能形成置换固溶体。;;2、间隙固溶体 (1)定义：溶质原子分布在溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体。 (2)溶质为非金属元素时，因原子尺寸较小，只能存在晶格间隙中形成间隙固溶体。;(二)固溶体中的晶格畸变 1、定义：固溶体中溶质原子附近的溶剂原子发生位移，点阵常数发生改变。 2、置换固溶体中，溶质原子比溶剂原子大，则溶质原子周围点阵发生膨胀；反之，则溶质原子周围点阵发生收缩。 3、间隙固溶体中，溶质原子周围点阵总是发生膨胀。;;(三)固溶体的溶解度 1、定义：在一定条件下溶质元素在固溶体中的极限浓度。 2、溶解度的表示方法：重量百分比；原子百分比。 3、有限固溶体：溶解度小于100%，溶质元素的含量有一定限度。 4、无限固溶体：溶解度等于100%，可以形成任何成分比例的固溶体。;(四)影响溶解度的因素 1、间隙固溶体 (1)晶格中间隙位置的数量有一定限度，所以只能形成有限固溶体。 (2)间隙固溶体中的晶格畸变大，因而和置换固溶体相比溶解度小。 (3)γ－Fe间隙尺寸较大，溶解度也较大；α－Fe间隙尺寸小，溶解度也很小。;2、置换固溶体 溶质和溶剂元素必须同时满足下列四个条件，才可能形成无限固溶体，否则只能形成有限固溶体。 原子尺寸△d：8~10%。 (2) 晶体结构类型相同。 (3) 负电性差△x：0.4～0.5。 (4) 电子浓度在一定范围之内。;3、硼：原子半径为0.97A，，既不利于作为间隙原子，也不利于作为置换原子，故在α－Fe和γ－Fe中溶解度都非常小。; (五)固溶体的性能 1、固溶强化：溶质元素产生晶格畸变，使固溶体强度、硬度升高的现象。 2、固溶体在显著提高强度、硬度的同时，仍然保持相当好的塑性和韧性。 3、固溶体是金属材料最主要最基本的相组成物，是金属材料的基体。; 二、金属间化合物 当溶质含量超过固溶体的溶解度时，将出现晶体结构和任一组元都不相同的新相，即金属间化合物。;(一)正常价化合物 1、符合一般化合物的原子价规律，成分固定并可用化学式表达。 2、硬度高、脆性大，在固溶体基体上合理分布时可提高强度，起强化相作用。如Al-Mg-Si合金中的Mg2Si 。; (二)电子化合物 1、化合物的晶格类型和电子浓度有关。 2、硬度高、韧性低，在有色合金中可起强化相作用。; (三)间隙相和间隙化合物 由原子尺寸较大的过渡族金属元素和原子尺寸较小的非金属元素组成，金属原子组成一种新的晶格，非金属原子处于晶格的间隙之中。 两种原子的尺寸比决定了化合物的晶格特点。;1、间隙相 (1)定义：当r非/r金0.59时，化合物具有简单的晶体结构。 (2)简单的晶体结构：一个金属原子占据晶格的一个结点。 VC：V原子组成fcc点阵，C原子处在点阵的间隙之中。 (3)种类：V、Ti、Nb的碳化物，W、Mo的部分碳化物，过渡族金属的氮化物。;2、间隙化合物 (1)定义：当r非/r金＞0.59时,化合物具有复杂的晶体结构。 (2)复杂的晶体结构：一个金属团占据点阵的一个结点。 如Cr7C3是复杂六方点阵，一个晶胞由56个金属原子，24个碳原子组成。;(3)种类：W、Mo的部分