合金的结构及相图

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1、第二章合金的结构和相图2.1合金中的相结构2.2固溶体2.3金属化合物及其性能2.4二元合金相图的建立2.5铁碳合金纯金属在生活和生产中的应用十分广泛。主要的应用都是利用了纯金属的导电性、导热性、化学稳定性等性能但由于纯金属种类有限，而且几乎所有的纯金属的强度、硬度、耐磨性等力学物理性能都比较差，不能满足人们对材料多样性的需要通过合金化过程，可以显著地改变金属材料的结构、组织和性能，从而极大地提高了金属材料的力学、物理性能，同时其电、磁、耐蚀性等物理化学性能也得到了保持或提高。因此，同纯金属相比，合金的应用更为广泛。由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成

2、的具有金属特性的物质称为合金2.1合金中的相结构合金的结晶与纯金属一样，也是通过形核及长大来完成的。由于合金中含有两种或两种以上的元素的原子，使生成的结晶物中往往含有不只一种组元的晶粒在材料中，凡是化学成分相同、结构相同并与其他部分以界面分开的均匀组成部分称为相合金结晶后可以是一种相，也可以是由若干种相所组成合金中的组织是指合金中用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌，也称为显微组织不同的相形成不同的显微组织，不同的显微组织导致合金不同的性质固态合金中的相，按其晶格结构的基本属性来分，可以分为固溶体和化合物两大类。2.1.1固溶体1．固溶体的分类（1）置换固溶体（2）

3、间隙固溶体2．固溶体的性能固态合金中，在一种元素的晶格结构中包含有其它元素的合金相称为固溶体前一种元素称为溶剂元素，后一种元素称为溶质元素溶质原子溶于固溶体中的量，称为固溶体的浓度在一定条件下溶质元素在固溶体中的极限浓度叫做溶质在固溶体中的溶解度1．固溶体的分类(ⅰ)置换固溶体当溶质原子代替了一部分溶剂原子而占据溶剂晶格的某些结点位置时，所形成的固溶体称为置换固溶体，如图1.2-20所示。（ⅱ）间隙固溶体若溶质原子分布于溶剂晶格各结点之间的空隙中，所形成的固溶体称为间隙固溶体，如图1.2—21所示。由于溶剂晶格的空隙有限，通常只有当溶质原子直径与溶剂原子直径之比小于0

4、.59时，才能形成间隙固溶体。因此形成间隙固溶体的溶质原子都是原子直径较小的非金属元素，如氢、氧、氮、硼、碳等。如碳钢中的铁素体和奥氏体就是碳原子溶入α—Fe和γ—Fe中所形成的两种间隙固溶体2.固溶体的性能由于溶质原子与溶剂原子的半径不同，会使固溶体的晶格发生畸变，如图1.2—22所示这就使得位错移动阻力增大，表现为固溶体的强度和硬度升高、塑性和韧性有所下降通过形成固溶体而使金属强度和硬度增加的现象称为固溶强化固溶强化是提高合金机械性能的一种重要途径，在金属材料的生产和研究中得到了极为广泛的应用对综合力学性能要求较高，即强度、韧性和塑性之间有较好配合的结构材料，常以

5、固溶体作为基本相2.1.2金属化合物及其性能金属化合物是合金组元间发生相互作用而生成的一种新固相，其晶格类型和性质完全不同于原来的任一组元金属化合物的特点是，除有离子键和共价键作用外，还有一定程度的金属键参与作用，从而使化合物具有明显的金属特性。金属化合物可以成为合金的组成相，如碳钢中的渗碳体Fe3C。除金属化合物外，合金中还有另一类为非金属化合物，没有金属键作用，没有金属特性，如FeS、MnS1．金属化合物的种类（1）正常价化合物符合一般化合物的原子价规律，成分固定，并可用确定的化学式表示它通常是由在周期表上相距较远、电化学性质相差很大的两种元素形成的。如Mg2Si

6、、Mg2Sn、Mg2Pb等它们的晶体结构随化学组成不同会发生较大的变化。（2）电子化合物是由第一族元素、过渡族元素与第二至第五族元素结合而成此类化合物不遵守原子价规律，而是服从电子浓度规律，即按照一定的电子浓度组成一定的晶格结构的化合物电子浓度是化合物中价电子数与原子数之比如CuZn化合物，其原子数为2，Cu的价电子数为1，Zn价电子数为2，故其电子浓度为3/2。在电子化合物中，当电子浓度为3/2(21/14)时，形成体心立方晶格，称为β相；当电子浓度为21/13时，形成复杂立方晶格，称为γ相；当电子浓度为7/4(21/12)时，形成密排六方晶粒格，称为ε相。合金中常

7、见电子化合物及其结构类型见表1.2-3。（3）间隙化合物间隙化合物一般是由原子直径较大的过渡族金属元素(Fe、Cr、Mo、W、V等)和原子直径较小的非金属元素(C、N、B、H等)所组成根据晶体结构特点，间隙化合物又可分成简单结构的间隙化合物和复杂结构的化合物两类简单结构的间隙化合当非金属原子半径与金属原子半径之比小于0.59时，形成的间隙化合物，具有体心立方、面心立方等简单晶格，称为间隙化合物，又称为间隙相具有简单结构的间隙化合物有VC、WC、TiC等图1.2-23是VC的晶格示意图。VC为面心立方晶格，V原子占据晶格的正常位置．而C原子则规则地分布