4 合金的结构与结晶

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1、4合金的结构与结晶4.1合金中的相4.2合金相图的建立4.3匀晶相图4.4共晶相图4.5包晶相图4.6其他相图4.7合金的性能与相图的关系常用概念合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。合金：一种金属元素与另一种或几种其它元素（金属或非金属），通过熔炼或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。实际应用中多使用合金，主要因为：组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。二元合金：由两个组元（组成元素）组成的合金。多数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元,如Fe

2、-C合金中的Fe3C。纯金属机械性能差，种类有限。合金机械性能好（有固溶强化、弥散强化等），种类多，可满足各方面要求。4.1合金中的相相：在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构及性能相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分。组织由相构成，有单相组织、两相组织、多相组织等。组织：用肉眼或用显微镜观察到的材料微观形貌图像的统称。同样的几种相，当形态、数量、大小和分布方式不同时，构成不同的组织。金属材料性能由组织决定，而组织由化学成分和工艺过程决定。合金中有两类基本相——固溶体和金属化合物。亚共析钢x400过共析钢x400固溶体的分类：a、置换固溶体：溶

3、质原子取代溶剂原子的位置，但整个结构仍然是溶剂的晶体结构。b、间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子的间隙位置中。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂<0.59。a、有限固溶体：在一定的条件下，溶质在固溶体中存在一极限浓度，如超过此浓度则有其它相形成。b、无限固溶体：溶质可以任意比例溶入到溶剂中，最高可达100%。（只能是置换固溶体）a、有序固溶体：溶质原子在固溶体中有规律的分布。（只能是置换固溶体）b、无序固溶体：溶质原子在固溶体中无规律的分布。固溶体合金组元

4、通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相。习惯以、、表示。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。固溶体的性能：随溶质含量增加,固溶体的强度、硬度增加,塑性、韧性下降不多的现象—固溶强化。故固溶体的综合力学性能较好，多为合金的基体相。金属化合物化合物类型合金组元相互作用形成的晶格类型和性能与任一组元都不相同的新相。正常价化合物——按化合价规律形成，如，Mg2Si。间隙化合物——过渡族金属+小半径非金属元素电子化合物——按电子浓度规律形成，如，Cu3Al。间隙相：r非/r金0.59，如，WC、TiC、VC。间隙相具有

5、金属特征和极高的硬度及熔点，非常稳定。部分碳化物和所有氮化物属于间隙相。复杂结构的间隙化合物：r非/r金0.59如，Fe3C、Cr23C6。金属化合物的性能：熔点高、硬度高，脆性大。弥散强化：金属化合物硬而脆，当其以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度增加，而塑性、韧性降低不多的现象。故金属化合物多为合金的强化相（也称第二相）。4.2合金相图的建立相图（/平衡图/状态图）：平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。根据组元（组成元素）数,分为二元相图、三元相图和多元相图。（补

6、充）相率恒压下：f=c-p+1f：自由度数，能改变系统状态的、独立可变的因素（包括温度、成分等）的数目。fmin=0。c：组元数。p：相数。由公式可知：fmin=c-pmax+1故：pmax=c-fmin+1=c-0+1相图的表示单元系：单元系成分不变，恒压下只有温度可变，故相图由一根温度纵坐标轴组成。二元系：二元系恒压下有一个独立可变的成分变量和一个温度变量，故相图有一根成分横坐标轴和一根温度纵坐标轴组成平面图。三元系：三元系恒压下有两个独立可变的成分变量和一个温度变量，故相图有两根成分横坐标轴和一根温度纵坐标轴组成立体图。在相图中，任意一点都叫“

7、表象点”。一个表象点的坐标值反映一个给定合金的成分和温度。在相图中，由表象点所在的相区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。恒压下纯铁的相图相图的建立方法方法：实验法和计算法。实验法建立相图是根据各种成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生本质变化的相变点。测定材料临界点有动态法和静态法两种方法，如前者有热分析、膨胀法、电阻法等；后者有金相法、X射线结构分析等。相图的精确测定必须由多种方法配合使用。下面介绍用室温的冷却曲线，得到各临界点。用热分析法建立Cu-Ni相图4.3二元匀晶相图两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称二元匀晶相图。

8、以Cu-Ni合金为例进行分析。铜-镍合金匀晶相图CuNiNi%T,C2040608010010001100