金属材料与热处理 教学课件 作者 王晓丽 第3章合金的相结构与结晶.ppt

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1、第三章合金的相结构和结晶《Metallographyandheat-treatment》多媒体教学课件课件制作：王晓丽本章目的：1讨论合金中的相概念及其类型；2介绍各种类型的基本二元相图；3说明相图与合金性能间的对应关系本章要求：1组元、相、组织、组织组成物等基本概念；2固溶体和化合物的本质区别和性能特点；3掌握分析相图的基本方法；4正确运用杠杆定律。§1合金中的相结构§2二元合金状态图§3相图与合金性能的关系一、合金的基本概念合金通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。组元组成合金的最基本的、独

2、立的物质称为组元相在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相.§1合金中的相结构二、合金中的相结构相结构，实指合金的晶体结构（一）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。（二）金属化合物定义：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。固溶体间隙固溶体置换固溶体置换固溶体溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成的固溶体称置换固溶体。溶质原子在溶剂晶格结点上呈无序分布的置换固溶体称为无序固溶体；溶质原子在溶剂晶格结点上按一定秩序排列的置换

3、固溶体称有序固溶体。显然，只有当溶质原子和溶剂原子成一定比例时，才有可能形成有序固溶体。此外，按照溶解度的大小，置换固溶体，又可分为无限置换固溶体和有限置换固溶体。间隙固溶体溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体，即间隙固溶体，间隙固溶体仍保持着溶剂金属的晶格类型。已有研究表明，当溶质元素的原子直径与溶剂元素的原子直径之比小于0.59时，易于形成间隙固溶体，而在直径大小差不多的元素之间易于形成置换固溶体。且溶质原子在间隙固溶体中只能呈统计分布，形成无序固溶体，而且当溶剂晶格间隙被溶质原子填充到一定程度后就不能再继续溶解，多余的溶质原子将以新相出现，因此，间隙固溶

4、体的溶解总是有限的，间隙固溶体总是有限固溶体。固溶体的性能无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于溶质原子的存在都会使晶格发生畸变，使其性能不同于原纯金属。当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般情况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率升高，导电性逐渐下降等。固溶体的性能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。固溶强化是

5、提高金属材料力学性能的重要途径之一。实践表明，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。化合物若新相的晶格结构不同于任一组成元素，则新相是组成元素间相互作用而生成的一种新物质，属于化合物，如碳钢中的Fe3C，黄铜中的β相（CuZn）以及各种钢中都有的FeS、MnS等等，都是化合物。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，它具有复杂的晶格形式。在这些

6、化合物中，Fe3C和β相均具有相当程度的金属键及一定的金属性质，是一种金属物质，称为金属化合物，而FeS、MnS具有离子键，没有金属性质，属于一般的化合物，因而又称为非金属化合物。在合金中，金属化合物可以成为合金材料的基本组成相，而非金属化合物是合金原料或熔炼过程带来的，数量少且对合金性能影响很坏，因而一般称为非金属夹杂。分类：（１）正常价化合物：符合一般化合物的原子价规律，成分固定，可用化学式表示。（２）电子化合物：是由第一族元素，过渡族元素与第二至第五族元素结合而成。服从电子浓度规律，即当合金的电子浓度达到某一数值，变形成具有某种晶格结构的化合物相。例：Ｃu－Ｚ

7、nβ-γ-ε(３)间隙化合物（尺寸因素化合物）间隙相：d非／d金＜０.５９　　具有比较简单的晶格结构。例：ＷＣ、ＴIＣ间隙化合物：d非／d金＞０.５９　具有的复杂结构。例：Ｆe３Ｃ　Ｃr２３Ｃ6金属化合物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。组织组