第2章合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1

概念

相圖的建立

勻晶相圖

共晶相圖

包晶相圖及其他相圖

合金的使用性能與相圖的關(guān)系

合金的工藝性能與相圖的關(guān)系2、合金的結(jié)晶3、合金的性能與相圖的關(guān)系1、合金的結(jié)構(gòu)機械混合物（Pb-Sb合金）固溶體金屬間化合物第2頁在合金結(jié)晶時，形成的固相結(jié)構(gòu)與合金的某一組成元素的晶格相同（即在一種元素的晶格中包含其它元素），這種固相稱為固溶體。晶格與固溶體相同的組元為固溶體的溶劑，其他組元為溶質(zhì)。根據(jù)溶質(zhì)在溶劑晶格中所處的位置，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體。

a)置換固溶體 b)間隙固溶體固溶體第3頁按照溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的規(guī)律可分為：

(1)有序固溶體這種結(jié)合近似于化合物，可以用化學(xué)式子表示，如cuAu、Cu3Au、Fe3Al等。

有序化對合金的機械性能和物理性能有一定的影響，如提高合金的屈服強度和硬度，提高合金的導(dǎo)電性等。

(2)無序固溶體第4頁溶質(zhì)原子溶于固溶體中的量，稱為固溶體的濃度。溶質(zhì)元素在固溶體中的極限濃度，叫做溶解度。其大小主要取決于溶質(zhì)與溶劑的晶格類型、原子直徑的差別和在周期表中的相互位置。在任何比例下均能互溶而形成無限固溶體，反之，為有限固溶體。間隙固溶體只能是有限固溶體。第5頁當(dāng)合金中溶質(zhì)含量超過固溶體的溶解度時，將析出新相。若新相的晶體結(jié)構(gòu)與合金其他組元的相同，則新相為以另一個組元為溶劑的固溶體。若新相的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，則新相是組元間形成的一種新物質(zhì)——化合物。根據(jù)其形成條件及結(jié)構(gòu)特點，常見化合物可分為正常價化合物、電子化合物和間隙化合物。Fe3C是鋼鐵中的一種最重要的間隙化合物，又稱為滲碳體，具有復(fù)雜的斜方晶格，它作為強化相對鋼鐵材料的性能有重大的影響。金屬間化合物第6頁1．固溶體與固溶強化在固溶體中，溶質(zhì)原子的溶人將造成晶格畸變，從而導(dǎo)致固溶體的強度和硬度升高，其他性能也發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為固溶強化。在同等條件下，間隙固溶體所產(chǎn)生的固溶強化效果要遠(yuǎn)大于置換固溶體。固溶體的性能特點是在提高強度同時仍保持其良好的塑性和韌性。若作為單相固溶體合金材料，則常用于制造各種冷成形件。若作為復(fù)相合金材料，則固溶體將作為合金材料的基體相，以保證合金材料的韌性。固溶強化是金屬材料改性的重要途徑之一。合金性能第7頁2．化合物與第二相強化化合物的性能特點是高熔點、高硬度和高脆性。化合物很少作為單相合金材料使用，而是與固溶體組成復(fù)相合金材料?；衔镌趶?fù)相合金材料中作為強化相，并分布在固溶體基體上，以保證合金材料的強度?；衔镒鳛榈诙嗫商岣吆辖鸩牧系膹姸?，又稱為第二相強化，其效果主要取決于化合物的形態(tài)(大小、形狀、分布狀況等)。若化合物在固溶體晶粒內(nèi)呈彌散質(zhì)點(或顆粒)分布，它既可顯著提高合金的強度和硬度，又使塑性和韌性下降不大，顆粒愈細(xì)小，分布愈均勻，則強化效果就愈好，所以這是最有利的形態(tài)。在工程上也常用來強化合金材料，這種強化也稱為“彌散強化”或“顆粒強化”。第8頁由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素和非金屬元素組成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)，稱為合金。組成合金的獨立的、最基本的單元稱為組元，組元可以是純元素或是穩(wěn)定的化合物。合金系：由兩種或兩種以上組元配制的一系列不同成分的合金相圖（平衡圖、狀態(tài)圖）

第9頁相：合金中具有相同的物理、化學(xué)性能、并與該系統(tǒng)的其余部分以界面分開的物質(zhì)部分。合金組織：用金相顯微鏡觀察法，在金屬及合金內(nèi)部看到的涉及各相（晶體或晶粒）大小、方向、形狀、排列狀況等組成關(guān)系和構(gòu)造情況。當(dāng)材料成分一定時，相同的相在不同處理條件下形成，會具有各種不同的形態(tài)（大小、方向、形狀、排列狀況等），從而構(gòu)成不同的顯微組織。可見，一個相可以構(gòu)成一種或一種以上的組織。合金的性能，一方面取決于組成合金的各相本身的晶體結(jié)構(gòu)，但另一方面，也取決于由各相形態(tài)決定的合金組織狀態(tài)。合金的相結(jié)構(gòu)可分為固溶體和化合物。合金的相、組織及其關(guān)系第10頁相圖，又稱為平衡圖或狀態(tài)圖，是表明合金系中不同成分的合金在不同溫度下所存在的相以及相與相之間關(guān)系的圖形。相圖的建立：熱分析法。

圖2·11Cu—Ni合金的冷卻曲線及相圖第11頁兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶所構(gòu)成的相圖稱為二元勻晶相圖。具有這類相圖的合金系有Cu—Ni、Cu—Au、Au—Ag、Fe—Ni、w—Mo等。圖2．12勻晶相圖合金的結(jié)晶過程(1)平衡結(jié)晶過程勻晶相圖第12頁設(shè)一合金的含B量為K，質(zhì)量為1。根據(jù)質(zhì)量守恒定律得下列方程：

QL+Q=1QLX+QX′=K求解方程得(2)杠桿定律第13頁在實際鑄造條件下，一般冷卻較快，原子擴散來不及充分進行，會使先結(jié)晶出來的固相含高熔點組元量較高。這種在一個晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶內(nèi)偏析，或稱枝晶偏析。消除或改善辦法是：采用擴散退火(亦稱均勻化退火)(3)枝晶偏析第14頁兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限溶解(或不溶)，并在結(jié)晶時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所構(gòu)成的相圖稱為二元共晶相圖。共晶轉(zhuǎn)變：

圖2．14共晶相圖共晶相圖(1)相圖分析第15頁圖2．15合金I的冷卻曲線及結(jié)晶過程(2)典型合金的平衡結(jié)晶過程1)共晶合金的結(jié)晶過程第16頁

圖2．16Pb—Sn合金共晶組織第17頁

圖2．17合金Ⅱ的冷卻曲線及結(jié)晶過程2)亞共晶合金第18頁圖2.18Pb—Sn亞共晶合金的顯微組織示意圖第19頁3)k點以左和h點以右的合金

圖2．19共晶相圖中的組織組成物第20頁兩組元在液態(tài)下無限互溶，在固態(tài)有限溶解，并在結(jié)晶時發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的相圖，稱為包晶相圖。圖2．20鐵碳相圖的包晶部分包晶相圖及其他相圖(1)包晶相圖第21頁包晶轉(zhuǎn)變：

圖2．2l包晶轉(zhuǎn)變示意圖第22頁共析相圖和具有穩(wěn)定化合物的相圖共析反應(yīng)：圖2．22共析相圖圖2．23鎂一硅合金相圖

(2)其他相圖第23頁圖2．24合金使用性能與相圖的關(guān)系合金的使用性能與相圖的關(guān)系第24頁圖2.25合金鑄造性能與相圖的關(guān)系合金的工藝性能與相圖的關(guān)系第25頁人有了知識，