第三章 二元合金的相结构与结晶

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1、第三章二元合金相图与结晶主要内容：合金、相图等相关概念，以及合金的类型；三种基本相图、及其平衡结晶过程分析，形成合金的显微组织及杠杆定律；合金的结晶过程合金：由金属元素与其他元素（这些元素可以是金属元素，也可以是非金属元素）组成的有金属特征的金属材料。思考金属与非金属组成的是不是一定就是合金？Fe+CFe(C)合金（钢）Fe3C(化合物）2.1基本概念组元：组成合金独立的最基本单元。组元可以是元素或是稳定化合物。Fe(C)合金Fe、C组元Fe、Fe3C组元相：具有相同结构，相同成分和性能（也可以是连续变化的）并以界面相互分开的均匀组成部分，如液相、固相是两个不同的

2、相。工业纯铁单相铁素体共析碳钢铁素体相、渗碳体相普通陶瓷晶相、玻璃相、气相组织：用肉眼或显微镜观察到的材料内部形貌图像的统称（宏观组织、微观组织）。组织是影响材料性能的重要因素。相是组织的基本组成部分相同的相，但当组成相的数量、大小、形态和分布不同时，其组织也不同！不同的相构成不同的组织！固溶体：溶质原子溶入金属熔剂中形成的合金相称为固溶体。均一的、保持熔剂金属的晶体结构晶格常数发生一定变化1.晶体结构特点2.固溶体的分类按溶质原子所占据的位置置换固溶体：溶质原子一般为半径相差不大的原子间隙固溶体：溶质原子半径小的非金属原子（H、O、N、C、B）按固态溶解度分：有

3、限固溶体：间隙固溶体只能是有限固溶体无限固溶体：无限固溶体只能是置换固溶体形成无限固溶体的必备条件：置换固溶体组元点阵相同原子尺寸相差不大负电性相同按溶质原子在晶格中的分布状态分：有序固溶体、无序固溶体2、 置换固溶体⑴概念⑵形成置换固溶体的条件(a)组元的晶体结构类型溶质与溶剂晶格结构相同则固溶度较大，反之较小。(b)原子尺寸因素溶剂原子半径rA与溶质原子半径rB的相对差(rA-rB)／rA不超过14％~15％，有利于大量固溶，反之固溶度非常有限。上一级溶剂原子溶质原子(c)电负性因素两元素的电负性相差越大，化学亲和力越强，则倾向于形成化合物。(d)电子浓度因素

4、电子浓度定义为合金中价电子数目与原子数目的比值。上一级1、 间隙固溶体⑴间隙固溶体的概念⑵形成间隙固溶体的条件d溶质∕d溶剂＜0.59原子尺寸较小的溶质元素有：C、N、B、H、O⑶Fe—C合金中的间隙固溶体铁素体奥氏体上一级3.固溶体的性能固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，塑性、韧性稍有下降，这种现象称为～～。金属材料重要的强化方式之一，固溶体具有良好的综合机械性能（强硬度、塑韧性的综合），一般作为合金的基体相。正常晶格大原子置换引起的晶格畸变小原子置换引起的晶格畸变间隙原子引起的晶格畸变金属间化合物：两组元形成合金时，当超过固溶体的溶解极

5、限时，形成的一种晶体结构不同于任一组元的新相，称为金属间化合物，也称中间相。晶体结构不同于任一组元金属性能不同于任一组元金属一般具有较高的熔点、硬度，较大的脆性1.特点正常价化合物电子化合物间隙相和间隙化合物2.分类返回相图是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。是合金体系中材料的状态与温度、成分间关系的简明图解。平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成分和质量分数不再变化所达到一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认为是平衡的结晶过程。成分温度表象点

6、2.3二元合金相图的建立热分析法时间温度凝固开始凝固终了LL+SS时间温度温度成分热分析法建立Cu-Ni相图固相线液相线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+纯铜熔点纯镍熔点液相线固相线液相区固相区液固两相区返回由相图某成分合金在某温度时的相由相图确定给定合金的相变温度由相图某成分合金在某温度时的两个平衡相的成分和相对质量－杠杆定律设合金的质量为Q合金,其中Ni质量分数为b%,在T1温度时, L相中的Ni质量分数为a%, α相中的Ni质量分数为c%。2.2.2相图的使用合金中含Ni的总

7、质量=L相中含Ni的质量+α相中含Ni的质量因为所以化简后得质量分数返回1．匀晶相图2．共晶相图3．包晶相图4.共析相图2.4典型相图分析CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+匀晶相图abcdT,CtLLL匀晶转变L冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。匀晶合金的结晶过程匀晶相图3.固溶体的不平衡结晶1)工

8、业生产中合