机械工程材料 教学课件 作者 倪兆荣 张海筹 主编第3章 合金的结构和结晶.ppt

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1、机械工程材料倪兆荣张海筹/主编张帆朱成华/副主编王宏启/主审第3章合金的结构和结晶基本概念1.合金合金是指两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼或烧结、或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质。2.组元组元是指组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质，可简称为元。一般来说，组元就是组成的元素，但也可以是稳定的化合物。3.合金系合金系是指组成合金的组元相同，但组元比例或含量不同的一系列合金。两个组元组成的合金系是二元合金系，三个组元组成的合金系是三元合金系，多个组元组成的合金

2、系是多元合金系。合金中的相结构基本概念4.相相是指金属或合金中，化学成分相同、晶体结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分5.组织组织是指用肉眼或借助于显微镜所观察到的合金的相组成，相的数量、形态、大小、分布及各相之间的结合状态特征。相是组成组织的基本组成部分。相的分类根据相的晶体结构特点，可以将相分为固溶体和金属化合物两大类。1.固溶体合金的组元之间以不同比例相互混合，混合后形成固相的晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种相就称为固溶体。2.金属化合物在合金系中，组元间发生相互作用，除了形

3、成固溶体外，还可能形成一种晶体结构与两个组元都不相同、具有金属性质的新相，即金属化合物。第3章合金的结构和结晶合金中的相结构固溶体1.固溶体的分类1）按照溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，可以将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。①置换固溶体。②间隙固溶体。第3章合金的结构和结晶合金中的相结构（a）置换固溶体（b）间隙固溶体溶质原子溶剂原子2）按照溶质原子在溶剂晶格中的分布有无规律性，可以将固溶体分为：①有序固溶体。②无序固溶体。第3章合金的结构和结晶合金中的相结构有序固溶体的类型3）按照溶质原子在

4、固溶体中的溶解度不同，可以将固溶体分为有限固溶体和无限固溶体。①有限固溶体。如果在一定条件下，溶质组元在固溶体中有一定的溶解度，这种固溶体称为有限固溶体。大部分固溶体都属于这一类。②无限固溶体。如果溶质原子能以任意比例溶入溶剂晶格中，这种固溶体成为无限固溶体。此时很难区分溶质与溶剂，一般把浓度大于50%的组员叫做溶剂，而把浓度小于50%的组元叫做溶质。第3章合金的结构和结晶合金中的相结构第3章合金的结构和结晶合金中的相结构图3.3固溶体中的晶格畸变固溶体的性能虽然固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但

5、由于形成固溶体的溶质原子和溶剂原子的尺寸和性质不同，溶质原子的溶入必然导致溶剂晶格的畸变。图3.3为固溶体晶格畸变的示意图。对于置换固溶体，溶质原子较大时造成正畸变，较小时造成负畸变[图3.3（a、b）]；形成间隙固溶体时，晶格总是产生正畸变[图3.3（c）]。第3章合金的结构和结晶金属化合物的分类1.正常价化合物2.电子化合物3.间隙化合物间隙相间隙化合物合金中的相结构第3章合金的结构和结晶合金中的相结构金属化合物的性能金属化合物虽然种类繁多，晶体结构或简单或复杂，但它们都具有共同的特点：高的

6、熔点和硬度，高的化学稳定性和较大的室温脆性。第3章合金的结构和结晶二元合金相图相图的建立相图是表示合金系中合金的状态与温度、成分间关系的图解，也就是用图解的方式来表示合金系在平衡条件下，不同温度和不同成分的合金所处的状态，因此相图又叫做状态图或平衡相图。1.二元合金相图的表示方法合金的存在状态通常由合金的成分、温度和压力三个因素来决定，但由于合金的熔炼、加工都是在常压下进行的，所以合金的状态可有合金的成分和温度两个因素来确定。二元合金相图的表示方法第3章合金的结构和结晶二元合金相图二元合金相图的

7、建立建立相图的方法两种：试验测定和理论计算。1）选用高纯度组元，配制几组成分（质量分数）不同的合金。Cu-Ni合金相图的建立2）测出以上合金在缓慢冷却条件下的冷却曲线，并找出各冷却曲线上的临界点（转折点和平台）温度。3）将上述各临界点标注在温度-成分坐标平面内。4）把相同意义的临界点连成线，并根据已知条件和分析结果写上数字、字母和各相区所存在的相或组织的名称。第3章合金的结构和结晶二元合金相图二元匀晶相图相图分析Cu-Ni合金相图如图3.7所示，该相图是典型的二元匀晶相图。相图中有两条曲线把坐标

8、平面分成三个区域。上面是液相线，表示Cu-Ni合金在冷却过程中开始结晶或加热过程中熔化终了的温度；下面是固相线，表示Cu-Ni合金在冷却过程中结晶终了或加热过程中开始熔化的温度。液相线以上的区域是液相区，即合金在此区域所处的状态都使液态（L）；固相线以下的区域是固相区，是Cu和Ni组成的无限固溶体（α）；液相线和固相线之间的区域是液固共存的两相区（L+α）。固溶体合金的平衡结晶过程固溶体合金的不平衡结晶由固溶体合金的平衡结晶过程可知，固溶体合金的结晶过程是和液相及固相内的原子扩散过程密切相关的，