合金的结构和相图

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1、第4章合金的结构和相图讲师：郑欣第一节合金的相结构一、有关合金的一些基本概念组元：组成合金最基本的、独立的物质。可以是元素、稳定化合物相：固态合金中的相是合金组织的基本组成部分，具有均匀的化学成分。合金系：由给定的组元配制成一系列成分不同的合金，这些合金组成合金系统。组织：金属材料内部情景合金性质取决于组织，组织性质取决于其组成相性质由于组元间相互作用不同，固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。二、固溶体合金在固态下，组元间能够互相溶解而形成的均匀相称为固溶体。固溶体置换固溶体：指溶质原子占据了部分溶剂晶格结点位

2、置而形成的固溶体（4-1图）。间隙固溶体：是指溶质原子溶入溶液剂晶格的间隙而形成的固溶体（4-2图），因间隙有限，所以它是一个有限固溶体。无限固溶体：原子可按任意比例相互溶解，形成无限无限固溶体。有限固溶体：原子可按一定比例相互溶解，形成有限无限固溶体。不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。固容强化现象固溶强化是提高金属材料力学性能的重要途径之一。实践表

3、明，适当控制固溶体中的溶质含量，可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，仍能保持良好的塑性和韧性。因此对综合力学性能要求较高的结构材料，都是以固溶体为基体的合金。三、金属化合物金属化合物：指合金元素间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，一般可用分子式表示；正常化合物：指严格遵守原子价规律的化合物，它们是由元素周期表中相距较远，电化学性质相差较大的元素组成，如Mg2Si;电子化合物：指不遵守原子价规律，但是有一定的电子浓度的化合物；形成体心立方晶格的电子化合物称β相；形成复杂立方晶格的电子化合物称γ相；形成密排六方

4、晶格的电子化合物称ε相；间隙化合物：指由过度族金属元素与原子半径较小的金属元素形成的化合物；间隙相：当非金属元素的原子半径与金属原子半径的比值＜0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物；复杂晶体结构的间隙化合物：当非金属元素的原子半径与金属原子半径的比值＞0.59时，形成具有复杂晶体结构的间隙化合物；如（Fe3C）渗碳体。渗碳体(Fe3C)铁与碳形成的金属化合物。弥散强化金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶格类型完全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗碳体（Fe3C）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的

5、晶格形式。金属化合物的性能不同于任一组元，其溶点一般较高、硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金属化合物组成的混合物，其性质取决于固溶体与金属化合物的数量、大小、形态和分布状况。第二节二元合金相图1、相图的表示方法1）纯金属可得用冷却曲线上的相变点，经过投影得到；2）二元合金相图要用两个坐标轴来表示，一般用纵坐标表示温度，横坐标表示成分

6、。2.相图的建立1）、配制不同成分的合金元素2）、利用热分析法（其它方法：热膨长方；金相分析方；磁性法等）3）、连接各点得到合金相图名称A金属B金属晶格类型bccbcc熔点高低合金1100%0%合金290%10%……..……..…….合金920%80%合金1010%90%合金110%100%热分析法连接各点得到合金相图时间温度90705030AB温度A温度温度abab:液相线ab:固相线LL+SSL:液相区S:固相区L+S:液固共存区AB温度TLTSTnbacABabLS温度杠杆原理二、二元匀晶相图1.匀晶相图：合金的两组

7、元在液态和固态以任何比例均能无限互溶所构成的相图；具有这类相图的二元合金系有Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni、W-Mo、Cr-Mo等，有些硅酸盐材料如镁橄榄石（Mg2SiO4）-铁橄榄石（Fe2SiO4）等也具有此类特征。下面以Cu-Ni合金为例来进行分析。3.共析相图：一定成分的固相，在一定温度下，同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相，这个转变过程称为共析反应。1.匀晶相图（1）匀晶相图分析匀晶相图分析图中只有两条曲线，其中Al1B称为液相线，是各种成分的合金在冷却时开始结晶或加热时熔化终止的温度

8、；Aα4B称为固相线，是各种成分的合金在加热时开始熔化或冷却时结晶终止的温度。显然，在液相线以上为液相单相区，以L表示；在固相线以下为固相单相区，各种成分的合金均呈α固溶体，以α表示；在液相线与固相线之间是液相与α固溶体两相共存区，以α+L表示。A点是Cu的熔点，B点是Ni的熔点。（2）合金的（冷却）结