机械工程材料-7讲new

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1、第4章合金的结构与相图本章重点：1、固溶体与化合物及其特性2、二元合金相图的建立方法3、二元匀晶、共晶、包晶、共析相图分析本章难点：二元相图分析纯金属具有优良的导电性、导热性、化学稳定性，美丽的金属光泽，但强度、硬度、耐磨性等机械性能较差，且成本高，数量有限，因此工程材料除极少数特殊要求的采用纯金属外，绝大多数采用合金。几个重要概念Fe-FeC34•举例：Al-Zn合金：AZ31,AZ61,AZ91•举例：莱氏体vs珠光体第4.1节合金的晶体结构一、基本概念相在金属或合金中，化学成分相同，晶体结构相同，物理化学性质相同，并有界面与其它部分分开的均匀的组

2、成部分。相与相之间有明显的界面，但有界面分开的不一定是两相。固态合金中的相：固溶体和金属化合物（固溶体）（金属化合物）（机械混合物）固溶体固溶体的溶解度：在一定条件下，溶质元素在固溶体中的极限浓度称为溶质元素在固溶体中的溶解度。溶质元素在固溶体中的溶解度溶质元素的质量固溶体的浓度：C=×100%固溶体质量质量百分比溶质元素的原子数或C=×100%固溶体的总原子数原子百分比根据溶质元素在固溶体中的溶解度，可把固溶体分为：有限固溶体无限固溶体(如Cu-Ni)VS细晶强化、形变强化固溶强化的机理：溶质原子溶入后，引起溶剂金属的晶格畸变，使位错运动受到阻碍。淬

3、火，就是对金属加热后通过快速冷却，获得过饱和的固溶体，从而强化金属。关于固溶体的其他知识固溶体的表示方法：1、固溶体按顺序（固溶体的浓度或固溶体稳定存在的温度范围）由低到高用a、b、g等希腊字母表示；2、用大写英文字母表示；如A(B)表示溶质B溶入溶剂A中；Pb(Sn)表示Sn溶入Pb中形成的固溶体。间隙固溶体永远是无序固溶体置换固溶体可能是无限固溶体一定是间隙固溶体有限固溶体影响固溶体结构形式和溶解度的因素①原子大小d-d溶剂溶质溶剂与溶质的原子直径差别：×100%d溶剂•>15%,不易形成置换固溶体•很小，置换固溶体溶质原子的尺寸越小，溶剂晶

4、格的间隙尺寸越大，越易形成间隙固溶体②负电性当两种元素在周期表中的位置相距越远，其负电性相差越大，它们之间的化学亲和力越强，越倾向于形成化合物，而不利于形成固溶体，所形成的固溶体的溶解度也越小。③电子浓度合金中，价电子数目e与原子数目a之比，称为电子浓度e/a。固溶体只能稳定在一定的电子浓度范围内，如对于溶剂为1价金属的固溶体，若固溶体具有面心立方晶格，则极限电子浓度值为1.36；若固溶体具有体心立方晶格，则极限电子浓度值为1.48。④晶体结构一般情况下，晶格结构相同的元素之间具有较大的溶解度，而晶格结构不同的元素之间溶解度较小。⑤温度固溶体的溶解度受温

5、度的影响较大，一般温度越高，固溶体的溶解度越大。如，奥氏体在727℃能溶解0.77%的碳，而在1148℃则能溶解2.11%的碳。金属（间）化合物金属化合物可以作为合金的组成相（强化相），而非金属化合物在合金中大多属于有害杂质。如FeS在钢中引起热脆。间隙化合物具有很高的硬度、熔点，是合金的强化相。如：在钢中加入V，形成的VC可提高钢的耐磨性——耐磨钢；加入Ti，形成的TiC可阻碍高温奥氏体晶粒长大——耐热钢；而W2C,VC是高速钢的主要强化成分，TiC，W2C是硬质合金的主要成分。机械混合物第4.2节二元合金相图的建立一、基本概念二元合金：由两个组元

6、组成的合金。相图：合金系的温度-成分图，表示合金系中各个合金的结晶过程的平衡图（或状态图）。相线：相图中的线条（相线）表示相转变温度和平衡相的成分。相区：被相线所划分的区域称为相区。相变：一种相转变为其它相的过程。相平衡：系统中同时共存的各相在长时间内不互相转化——动态平衡。表象点二、二元合金相图的建立方法临界点：合金从一种相态转变为另一种相态的起始温度。热分析法测定临界点的具体步骤：1、配制不同成分的合金（选择合金系中有代表性的成分）2、分别测出合金的冷却曲线，得到相变临界点3、将临界点对应地绘在成分-温度图上4、将同类临界点连接起来，即可绘出该合

7、金系的相图。注意：利用热分析法测定相图时，冷却速度应非常缓慢（平衡结晶）第4.3节二元匀晶相图当两组元在液相和固相均无限互溶时，构成的合金系相图为二元匀晶相图。属于此类的合金系有：Cu-Ni,Cu-Au,Au-Ag,Fe-Ni,W-Mo,Ti-Zr,Bi-Sb等。一、相图分析二、匀晶合金结晶过程：-----------平衡结晶一定成分的合金液相区液-固两相区固相区三、杠杆定律杠杆定律的推导设液相的相对质量为QL，固相α的相对质量为Qα，则：QQ1温度℃LaL'''BQaxQLxk液相线解得：t1,,xkQL'''L+αxx固相线'Akx

8、αQa'''xxCuX’kX’’NiNi%→于是：kx’x’’k'Qkxa