第三章鐵碳合金,31合金及其組織,1,黑色金屬以鐵及以鐵碳為主的合金（鋼鐵）。有色金屬其他金屬及其合金。,2,31合金及其組織,一、合金的基本概念二、合金的組織,3,一、合金的基本概念,合金以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過(guò)熔合而獲得的具有金屬特性的材料。即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬料。例如：鋼、鑄鐵都是鐵與碳組成的合金；普通黃銅是銅與鋅組成的合金；硬鋁是鋁、銅、鎂組成的合金等。組元組成合金最簡(jiǎn)單的、最基本的、能夠獨(dú)立存在的元物質(zhì)，簡(jiǎn)稱元。大多數(shù)情況下是金屬或非金屬元素，但在研究范圍內(nèi)既不發(fā)生分解也不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定的化合物也可稱為組元。根據(jù)組成合金組元數(shù)目的多少，合金可分為二元合金、三元合金和多元合金。例如：普通黃銅就是由銅和鋅兩種組元組成的叫二元合金；硬鋁是由鋁、銅、鎂三組元組成的叫三元合金。,4,相合金中成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的組成部分。體系內(nèi)部物理和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分稱為相。體系中相的總數(shù)稱為相數(shù)，用P表示。氣體：一般是一個(gè)相。液體：視其混溶程度而定，可有1、2、3個(gè)相。固體：有幾種物質(zhì)就有幾個(gè)相，如水泥生料；但如果是固溶體和金屬化合物時(shí)為一個(gè)相。區(qū)別：相和組元不是一個(gè)概念，合金中具有同一化學(xué)成分、同一結(jié)構(gòu)和原子聚集狀態(tài)，并以界面相互分開的、均勻的組成部分；組元是組成合金的基本的獨(dú)立物質(zhì)，可以是金屬和非金屬也可以是化合物。例如，同時(shí)存在水蒸氣、液態(tài)的水和冰的系統(tǒng)是三相系統(tǒng)，盡管這個(gè)系統(tǒng)里只有一個(gè)組分水。,5,組織合金中不同相之間相互組合配置的狀態(tài)。換言之，數(shù)量、大小和分布方式不同的相構(gòu)成了合金不同的組織。單相組織：?jiǎn)我幌鄻?gòu)成的組織。多相組織：不同相構(gòu)成的組織。組織-材料中的直觀形貌,可以用肉眼觀察到,也可以借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的微觀形貌。分為:宏觀組織:肉眼或是30倍放大鏡所呈現(xiàn)的形貌；顯微組織:顯微鏡觀察而呈現(xiàn)的形貌。,6,二、合金的組織,1固溶體間隙固溶體置換固溶體2金屬化合物3混合物,單相組織,多相組織,按結(jié)合方式分：,7,1固溶體,一種組元的原子溶入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。兩組元在液態(tài)下互溶，固態(tài)也相互溶解，且形成均勻一致的物質(zhì)。固溶體中含量較多的組元稱為溶劑，含量較少的組元稱為溶質(zhì)，固溶體的晶格類型與溶劑組元的晶格類型相同。,8,（1）固溶體的分類,間隙固溶體溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格中而形成的固溶體。間隙固溶體的溶劑是直徑較大的過(guò)渡族金屬，而溶質(zhì)是直徑很小的碳、氫等非金屬元素。其形成條件是溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比必須小于0.59。如鐵碳合金中，鐵和碳所形成的固溶體鐵素體和奧氏體，皆為間隙固溶體。,9,間隙固溶體,形成條件：溶質(zhì)原子半徑很小而溶劑晶格間隙較大,一般r溶質(zhì)/r溶劑0.59時(shí)，才能形成間隙固溶體。,10,置換固溶體溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上某些原子而形成的固溶體。置換固溶體是溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格中的結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體稱置換固溶體。當(dāng)溶劑和溶質(zhì)原子直徑相差不大，一般在15以內(nèi)時(shí)，元素周期表位置相近，易于形成置換固溶體。銅鎳二元合金即形成置換固溶體，鎳原子可在銅晶格的任意位置替代銅原子。,11,置換固溶體,形成置換固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度主要取決于兩者的晶格類型、原子直徑及它們?cè)谪?fù)電性因素。,12,間隙固溶體,置換固溶體,13,（2）固溶體的特性,1、保持溶劑的晶格特征。2、溶質(zhì)原子溶入導(dǎo)致固溶體的晶格畸變而使金屬?gòu)?qiáng)度、硬度提高即固溶強(qiáng)化，同時(shí)有較好的塑性和韌性。因此常作為結(jié)構(gòu)材料的基本相。3、在物理性能方面，隨溶質(zhì)原子濃度的增加，固溶體的電阻率下降，電阻升高，電阻溫度系數(shù)減小。,14,（3）固溶體的應(yīng)用,適當(dāng)控制溶質(zhì)含量，可明顯提高強(qiáng)度和硬度，同時(shí)仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以說(shuō)固溶體一般具有較好的綜合力學(xué)性能。因此要求有綜合力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料，幾乎都以固溶體作為基本相。這就是固溶強(qiáng)化成為一種重要強(qiáng)化方法，在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用的原因。注：形變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、熱處理都是強(qiáng)化金屬的手段。,15,2、金屬化合物,定義：合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質(zhì)稱為金屬化合物。金屬化合物的組成一般可用化學(xué)式表示。,晶格類型：不同于任一組元，一般具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)。,性能特點(diǎn)：“三高一穩(wěn)定”即熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。,例如：碳鋼中的Fe3C。,16,金屬化合物的應(yīng)用,當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬間化合物時(shí)，通常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但也會(huì)使其塑性和韌性降低，根據(jù)這一特性，絕大多數(shù)的工程材料都將金屬間化合物作為重要的強(qiáng)化相，而不作為基體相。,17,3、混合物,定義：兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)。混合物是由兩種或多種物質(zhì)【由兩種及兩種以上純物質(zhì)(單質(zhì)或化合物)】混合而成的。無(wú)固定組成和性質(zhì)，而其中的每種單質(zhì)或化合物都保留著各自