金属材料与热处理教学课件作者吴广河第三章.ppt

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1、第三章　合金的结构与二元合金相图第一节　合金的结构和组织第二节　二元合金相图第三节　合金的性能与相图之间关系返回第一节　合金的结构和组织一、合金的“相”１.“相”的基本概念合金的结构.要用“相”这个术语来描述.这是因为合金含有两个以上组元.形成晶体结构类型要比纯金属多.并且各类型的晶体结构在成分、性能上均不相同.“相”这个术语是从成分、聚集状态和性能这三者的综合角度描述合金结构的.合金中凡是成分、聚集状态相同、性能也相同的结构体叫“相”.组元相同的合金.由于“相”不同.它们的性能也不相同.下一页返回第一节　合金的结构和组织二、合金相结构的类型在熔合合金中.两组元的原子怎么熔合

2、在一块呢?研究发现.合金中的组元.不论是二元或三元的.原子要么以固溶方式相互熔合.要么以化合的方式相互熔合.所谓固溶.是一组元保留自己晶格类型.另外的组元以原子形式进入其中.所谓化合.则是指两组元的原子各以一定数量比相互作用形成新的第三种晶格类型.(一)固溶体以固溶方式形成的相结构叫固溶体.其中保留了晶格的组元叫溶剂.进入它里面的其他组元原子叫溶质.按溶质原子在溶剂晶格中位置的固溶方式.固溶体分为置换型和间隙型两大类.上一页下一页返回第一节　合金的结构和组织(二)金属化合物合金中的组元按一定原子数量比相互作用而形成的具有金属特性的新相叫金属化合物.例如Ｍｇ(六方晶格)与Ｓｉ(

3、金刚石型晶格)熔合.可以形成Ｍｇ２Ｓｉ(立方晶格).金属化合物一般可用分子式大致表示其组成.金属化合物具有复杂的晶体结构.熔点较高.硬度高.而脆性大.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、硬度及耐磨性明显提高.这一现象称为弥散强化.因此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.上一页下一页返回第一节　合金的结构和组织三、合金的组织类型１.固溶体晶粒组织此种晶粒组织由相结构为固溶体的晶胞构成.因为只含一个相.故属单相组织.一般用α、β、γ等符号表示.２.金属化合物晶粒组织此种晶粒组织由相结构为金属化合物的晶胞构成.也属

4、单相组织.一般用分子式表示.３.机械混合物晶粒组织此种晶粒组织由相结构为固溶体的晶胞同相结构为金属化合物的晶胞混合组成.或由几种不同相结构的固溶体混合组成.属多相组织.一般用符号(α＋β)表示.上一页下一页返回第一节　合金的结构和组织在以上三类组织中.固溶体组织强度、硬度较低、塑性韧性好.而金属化合物组织硬度高、脆性大.机械混合物的性能介于两者之间.即强度硬度较高.塑性韧性较好.各种具体的合金材料.内部组织基本上都由上述三类构成.例如经常用于制造齿轮或轴的４５钢(碳质量分数为０.４５％的铁碳合金).加工前的组织即是由一种固溶体晶粒和一种机械混合物晶粒构成.上一页返回第二节　二

5、元合金相图一、合金的结晶特点及相图概念同纯金属相比.合金的结晶同样要遵守结晶的三个规律.除此之外.它也有自己的特点.主要有以下两个方面.(１)合金的结晶基本上是在一定温度范围内完成.不是在恒温下进行的.首先.某成分的合金结晶的开始温度和终止温度之间有一定温度差(个别成分的例外).以碳质量分数为０.４５％的铁碳合金为例.结晶开始的温度约１５００℃.随着温度下降至１４５０℃左右继续结晶到完毕.温差范围约５０℃.如图３－６(ｂ)所示.其次.随合金成分的变化.结晶温度随之迁移.下一页返回第二节　二元合金相图例如当铁碳合金的碳质量分数由０.４５％变化到０.７７％时.开始结晶温度迁移至约

6、１４８０℃.结晶完毕温度迁移至约１３８０℃.温差范围１００℃.如图３－６(ｃ)所示.这告诉我们.在一个合金系中.各成分合金的结晶温度的起止点是不同的.图３－６(ａ)所示是纯铁的结晶温度１５３８℃.说明纯铁结晶是在恒温下进行的.(２)在一个合金系中.合金的组织随成分的迁移大都要跟着发生变化.另外许多合金的相结构还会随温度发生变化.仍以铁碳合金上述两个成分为例.碳质量分数为０.４５％的时候.室温(２０℃)平衡组织为两种晶粒:一种是固溶体.另一种是机械混合物.碳质量分数为０.７７％的时候.它的室温组织仅有一种.属于机械混合物.上一页下一页返回第二节　二元合金相图上述合金结晶的特点告

7、诉我们.对于一个合金系.仅用一个冷却曲线图是无法表达清楚的.必须用更复杂的图形.这就出现了二元合金相图.所谓二元合金相图.是表示二元合金系内相结构或组织状态与温度、成分之间变化关系的坐标图形.相图如果是在平衡条件(等温、等压、等容)下测定的.又叫平衡图.不平衡状态下的相图与平衡状态下的相图有一定区别.二、二元合金相图的建立及识读上一页下一页返回第二节　二元合金相图１.二元合金相图的建立二元合金相图可以看成由合金系中若干不同成分的合金的冷却曲线合并而成.因此.建立二元合金相图在步骤上首先是配制若干不同成分