第三章二元合金的相结构与相图

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1、第三章二元合金的相结构与结晶62教学要求：1、了解合金、合金相、金属化合物、异分结晶、成分过冷、平衡分配系数与同分结晶的概念，其它类型二元合金相图及其分析。2、理解固溶体及其分类，间隙相和间隙化合物，二元固溶体的不平衡结晶。3、掌握间隙固溶体，置换固溶体，二元相图的表示方法，相律与杠杆定律，匀晶相图、共晶相图和包晶相图的分析。重点：间隙固溶体，置换固溶体，相律与杠杆定律，固溶体合金的平衡结晶过程，共晶相图和包晶相图典型合金的平衡结晶及其组织。学时数：8学时合金:两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。如：Pb-Sn

2、合金钢（Fe-C）锡青铜(Cu-Sn(<14%)）§1合金中的相组元——组成合金最基本的、能独立存在的物质。Fe-C合金：Fe(组元一)-Fe3C(组元二)根据组元数分为：二元合金、三元合金、多元合金。合金系——由给定的组元以不同的比例配制成的一系列成分不同的合金系统。例：Fe-C:90%Fe-10%C、80%Fe-20%C、50%Fe-50%C、20%Fe-80%CFe-Cr-C合金相(phase)——指合金中结构相同，成分和性能均一，并有界面与其他部分分开的组成部分。金属或合金均由相构成——单相合金、多相合金。用α、β、γ、δ、η、θ等表示(见P102

3、-103图3-66/67)单相固态合金金相（硅钢）多相固态合金金相（ChSnSb11-6）例：纯铁、钢中的相纯铁：α-Fe钢(铁）：铁素体(α)＋渗碳体(Fe3C)α相α相Fe3C相纯铁0.45%C钢相结构：实指合金的晶体结构，可分为：1固溶体合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称之为固溶体(α-Fe)。2金属化合物合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相称之为金属化合物(Fe3C)。§2合金的相结构相的分类1按溶质原子在晶格中所占的位置分类①置换固溶体—溶质原子占据溶剂晶格结点所形成的固溶体——代位

4、固溶体。如90％Cu-10％Ni合金。固溶体例：C固溶于α－Fe中形成间隙固溶体——铁素体C固溶于γ－Fe中形成间隙固溶体——奥氏体②间隙固溶体—溶质原子填入溶剂晶格的空隙位置所形成的固溶体。一固溶体分类固溶体类型ZXY间隙原子间隙固溶体置换固溶体置换原子YXZ①有限固溶体——溶质原子在固溶体中的浓度有一定的限度，超过这个限度就不再溶解，这个限度称为固溶度。②无限固溶体——溶质原子能以任意比例溶入溶剂，固溶度可达到100%。如Cu-Ni，Ag-Au，Ti-Zr。2按固溶度分类①无序固溶体——溶质原子随机地分布于溶剂晶格中。②有序固溶体——溶质原子按一定的规

5、律分布在溶剂晶格中形成亚点阵。3按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分类(a)CuAu(b)Cu3AuCuAu和Cu3Au固溶体的晶格结构示意图Au原子Cu原子CuAu中Cu原子：简单四方晶系亚点阵Cu3Au中Cu原子：体心四方晶系亚点阵例：Fe-Al合金室温下,成分变化时：Fe－Al(<25%)合金——无序相：α相Fe－Al(25%~35%)合金——有序相：Fe3AlFe－Al(35%～50％)合金——有序相：FeAl有序固溶体特点：—溶质原子可形成自己的亚点阵;—一定条件下固溶体可在有序和无序间相互转化：温度、成分。成分固定，温度变化时：Fe3Al：＜55

6、0℃：完全有序550℃～950℃：部分有序＞950℃：完全无序固溶体20金属元素之间一般都能形成置换固溶体，但固溶度往往相差很大。如：Cu与Ni无限互溶，Zn在Cu中最大溶解度为39%，Pb几乎不溶解于铜。原因：受元素间原子尺寸、化学亲和力、晶体结构类型等影响。二置换固溶体1原子尺寸因素组元间原子半径越相近，固溶度越大。原因：溶质原子会引起溶剂晶格的点阵畸变，产生畸变能，晶格畸变能越高，晶格越不稳定，当畸变能高到一定程度，溶质原子将不再能溶入固溶体，只能形成其它新相。溶剂与溶质原子的尺寸差别可用Δr衡量：Δr=

7、(r溶剂-r溶质)

8、/r溶剂——Δr不大于15

9、%可大量固溶如：铁与其他溶质元素的原子半径差别Δr小于8%且晶体结构相同时才可大量固溶。2电负性电负性:指元素的原子从其它原子夺取电子而变为负离子的能力。┗可衡量元素间的化学亲和力，即形成化合物的倾向性。—取决于两元素在周期表中的位置，相距越远，电负性相差越大，不利于形成固溶体，而越易形成金属化合物。—元素间负电性相差越小，越易形成固溶体，而且固溶体的固溶度也较大。3晶体结构因素晶体结构相同，溶解度较大。无限固溶体——溶质与溶剂的晶体结构一定相同(如Cu-Ni合金等)例：Fe合金Ni、Co、Cr、V与Fe原子尺寸差别<8%,Ni、Co与面心立方晶格γ-Fe形

10、成无限固溶体Cr、V与体心立方晶格α-Fe形成无限固