金属材料及热处理-第二章ppt课件.ppt

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1、金属材料及热处理第二章二元合金相图及结晶合金中的相相:是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并以界面相互分开的、均匀的组成部分。组织:是指用显微镜观察到的不同组成相的形状、尺寸、分布和各相之间的组合状态。相与组织是影响合金性能的重要因素。合金：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。纯金属具有良好的导电导热性，但机械性能差，故工业上广泛应用的是合金材料。例如：Fe:Rm=250MPaC:Rm=0Fe-C合金(0.45%C)正火态:Rm=610MPaRm抗拉强度Fe3CP(珠光体)1.固溶体（一）定义：一种组元的原子溶入另一组元的晶格中

2、形成的均匀固相。根据溶质原子在溶剂晶格种所处位置不同分（二）分类：2.间隙固溶体1.置换固溶体二、合金的基本相（1）置换固溶体溶质原子置换了部分溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体。形成置换固溶体时，溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取决于两者的晶格类型、原子半径差及它们在周期表中的位置。（2）间隙固溶体溶质原子溶入溶剂晶格间隙中而形成的固溶体。形成条件：溶质原子半径很小而溶剂晶格间隙较大,一般r溶质/r溶剂≤0.59时，才能形成间隙固溶体。间隙固溶体置换固溶体固溶体的特性1、保持溶剂的晶格特征。2、溶质原子溶入导致固溶体的晶格畸变而使金属强度、硬度提高——即固溶强化，同时有较好的塑性和韧性。因

3、此常作为结构材料的基本相按固溶度来分类：可分为有限固溶体和无限固溶体。无限固溶体只可能是置换固溶体。按溶质原子与溶剂原子的相对分布来分；可分为无序固溶体和有序固溶体。2.金属化合物（一）定义合金组元间发生相互作用而形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元且具有金属特性的新相即为金属间化合物。（二）特征有金属性质•晶体结构不同于任何组元•成分可用分子式表示,如:Fe3C（三）性能：熔点高，硬度高，脆性大。合金中一般作为强化相存在。3.机械混合物机械混合物：即由纯金属、固溶体或化合物按一定的重量比组成的物质。机械混物各组成物的原子仍然按自己原来的晶格形式结合成晶体，在显微镜下可明显区别出各组成物的晶

4、粒。机械混合物的力学性能通常介于各组成物之间，并取决于各组成物的含量、性能、分布和形态。如碳钢中的珠光体就是由化合物（渗碳体）和固溶体（铁素体）组成的机械混合物，其力学性能介于二者之间。建立相图最常用方法是热分析法。它是通过测量相变时的热效应（即相变时放出热量或吸收热量）来确相变时的临界度。二元合金相图的建立下面以Cu-Ni合金为例，说明用热分析法建立相图的步骤：1）首先，配制不同成分的Cu-Ni合金。2）将合金熔化后，测定它们的冷却曲线，并找出曲线上临界点（即转折点和平台）。3）将上述数据引入相应成分的温度-成分坐标图中。4）将物理意义相同的临界点连成曲线，即得Cu-Ni合金相图。铜-镍合金

5、的冷却曲线和相图(a)不同成分合金冷却曲线(b)铜镍合金相图两组元在液态和固态均能无限互溶时所构成的相图称为匀晶相图。Cu-Ni，Fe-Cr,Au-AgTemperatureXY%YaddedLiquidSolidTwoPhase§2.3匀晶相图温度/℃ABB%LL+αα液相线固相线B熔点A熔点与纯金属的结晶过程不同，固溶体合金的结晶是在一定的温度范围内完成的。相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L，固相线以下为固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+）。一、匀晶相图分析二、合金的平衡结晶过程AllLiquid52%Ni45%NiA

6、lmost40%Ni40%Ni在整个过程中,结晶出的α相的成分沿固相线变化，即：α1→α2→α3→α4剩余液相成分按液相线变化：l1→l2→l3→l4Cu-40%Ni合金的结晶过程液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应。匀晶结晶有下列特点：a）与纯金属一样，α固溶体从液相中结晶出来的过程中，也包括有生核与长大两个过程。b）纯金属结晶需要能量起伏和结构起伏，固溶体还需要成分起伏。固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即为一个变温结晶过程，纯金属是在一定温度下恒温进行。c）在两相区内，温度一定时，两相的成分（即Ni含量）是确定的。d)两相区内，温度一定，两相相对量一定。e)随温度下降，固溶体

7、重量增加，液相重量减少。同时，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。固溶体的非平衡结晶固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。一个晶粒中先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多，结果造成在一个晶粒内化学成分的分布不均，这种现象称为晶内偏析或枝晶偏析。平衡组织枝晶偏析组织Cu-30%Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织性