第三章合金的相结构与二元合金相图.ppt

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1、第三章合金的相结构与二元合金相图1、合金的结构合金：是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。组成合金的元素可以全部是金属，也可以是金属与非金属。黄铜组元：组成合金的化学元素或稳定的化合物。如：铝硅合金：Al-Si、防锈铝：Al-Mg、Al-Mn---“二元”；硬铝：Al-Cu-Mg----“三元”超硬铝：Al-Cu-Mg-Zn----“四元”碳化三铁：Fe3C----是稳定的化合物，“一元”。黄铜合金结构按照组元与组元之间的结合形式分为金属化合物、固溶体和机械混合物。相是指金属或合金中凡成分、组织、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀部分。

2、⑴固溶体溶质原子溶入溶剂晶格类型，而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。习惯以、、表示。按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。Cu-Ni置换固溶体Fe-C间隙固溶体①置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。黄铜置换固溶体组织②间隙固溶体溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金属元素。间隙固溶体都是无序固溶体。③固溶体的溶解度溶质原子在固溶体中的极限浓度。溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体。间隙固溶体有限固溶体。组成元素无限互溶的固溶体称无限固溶体。组成元素原子半径、电化学特性相近，

3、晶格类型相同的置换固溶体无限固溶体。Cu-Ni无限固溶体Cu-Zn有限固溶体固溶体化合物④固溶体的性能随溶质含量增加,固溶体的强度、硬度增加,塑性、韧性下降—固溶强化。产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。⑵金属化合物原子按照一定的整数比化合而成一种新的金属化合物。铁碳合金中的Fe3C化合物具有高的熔点、硬度和脆性，但塑性低。并可用分子式表示其组成。化合物也是合金的重要组成相。具有与组元不同的晶格类型。⑶机械混合物组成合金的

4、各组元（相）按照一定的重量比例以混合方式存在的物质。机械混合物的性能介于各组成相之间，并取决于各相比例以及各相的形状、大小和分布。机械混合物通常是片层相间。2、铁碳合金的基本组织因铁素体含碳极低，性能与纯铁相似。强度、硬度低，塑性、韧性好。。铁素体⑴铁素体：碳在-Fe中的固溶体称铁素体,用F或表示。铁素体的溶碳能力很低，在727℃时最大0.0218%，在600℃时最大0.006%，室温下仅为0.0008%。⑵奥氏体:碳在-Fe中的固溶体称奥氏体。用A或表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。组织为不规

5、则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在区进行.碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体⑶渗碳体：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、强度低(b35MPa),脆性大,塑性几乎为零Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),该反应对铸铁有重要意义。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。铸铁中的石墨钢中的渗碳体(4)珠光体：由铁素体与渗碳体组成的机械混合物。用P表示。珠光体多为片状。其性能介于铁素体与渗碳体之间，并取决于片层之间距离。珠

6、光体通常是较高的强度、硬度和良好的塑性、韧性。(5)莱氏体：由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物。用Ld表示。莱氏体由于富含渗碳体，导致硬度高，脆性大，塑性很差。3、二元合金相图的建立过程(1)匀晶相图及其结晶过程杠杆定律杠杆定律只适用于两相区则QL+Q=1QLx1+Qx2=x解方程组得式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段xx2(ob)、x1x2(ab)、x1x(ao)的长度。确定两平衡相的相对重量设合金的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q。二元共晶相图当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶

7、相图.以Pb-Sn相图为例进行分析。Pb-Sn合金相图成分（wt%Sn）温度（℃）PbSn共晶合金的结晶过程液态合金冷却到E点时同时被Pb和Sn饱和,发生共晶反应：LE⇄(C+D)。19.2wt%Sn温度,℃1’共晶组织形态层片状(Al-CuAl2定向凝固)条棒状(Sb-MnSb横截面)螺旋状（Zn-Mg）Pb-Sn共晶组织共晶组织形态针状共晶树枝状共晶放射状共晶螺旋状共晶Pb-Sn合金的结晶过程组织组成物在相图上的标注(3)具有共析反应的二元相图共析转变也是固态相变。最常见的共析转变是铁碳合金中的珠光体转变:S⇄P+Fe3C。共析反应(共析转

8、变)是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。PS(—