第四章 二元合金相图 工程材料课件

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1、第四章二元合金内容简介本章介绍合金相结构和组织的基本概念、二元合金相图的建立过程和分析相图的基本方法，以及二元相图与合金性能之间带规律性的一些关系。重点掌握合金相结构，并学会分析二元合金相图。关于合金的基本概念合金：一种金属元素同另一种或几种元素(k可以是金属，也可以是非金属),通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。组元：组成合金的独立的、最基本的单元。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物合金系：由给定组元配制成一系列成分不同的合金组成的一个系统。相：在金属或合金中，凡具有相同的化学成分、相同的晶体结构并以界面相互分开的均匀组成部分。液态物质为液相，固态物质为固相。

2、固态合金中两类基本相：固溶体和金属化合物合金的相状态：合金在一定条件下的相组成情况，包括相的种类和相对量。组织：在显微镜下所观察到的，具有一定大小、形状和分布的金属内部的微观形貌。在金属或合金中，由于形成的条件不同，各种相将以不同的数量、形状、大小相互结合，因此，在显微镜下，可以看到金属或合金具有各种不同的组织。合金的组织状态：合金在一定条件下，由哪几个组织组成，以及它们的相对量。相和组织的比较假设：红色、蓝色分别表示不同的两个相4.1合金的相结构固态合金的相，分成两大类：固溶体：相的晶体结构与某一组成元素的晶体结构相同金属化合物：相的晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同一、固溶体固态下互

3、相溶解所形成的物质固溶体概念合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。如，Fe(C)固溶体。固溶体的分类按溶质原子在溶剂晶格中的位置分：置换固溶体与间隙固溶体按溶质原子在溶剂中的溶解度分：有限固溶体和无限固溶体按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分：无序固溶体和有序固溶体1、置换固溶体(substitutionalsolidsolution)溶剂原子被溶质原子所置换2、间隙固溶体（interstitialsolidsolution）溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体晶格畸变（latticedistortion）由于溶质原子的介入，原子的排列规律受到局部的破坏，使

4、晶格发生扭曲变形。晶体结构类型溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，变形抗力增大，金属的强度及硬度升高的现象------固溶强化间隙固溶体的特点溶质原子分布于溶剂晶格间隙所形成的固溶体，其溶解度有限。形成条件：只有溶质原子与溶剂原子的直径之比小于0.59时，才会形成间隙固溶体通常，由原子直径很小的碳、氮、氢、硼、氧等非金属元素溶入过渡族金属元素的晶格间隙中而形成。置换固溶体的特点溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体。形成条件：溶剂与溶质原子尺寸相近，直径差别较小，容易形成置换固溶体。置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为有规则的排列，称为

5、有序固溶体。固溶体的溶解度浓度：溶质原子在固溶体中所占的百分比溶解度：在一定条件下的极限浓度置换固溶体中，影响溶解度的因素有原子尺寸、晶格类型、电化学性质以及电子浓度等。间隙固溶体与置换固溶体的比较晶格畸变有限固溶与无限固溶固溶强化形成条件不同固溶体的晶体结构特点保持溶剂金属的晶体结构类型；成分可以在或大或小的范围内变化；由于溶质原子的加入，使晶格点阵发生畸变，周围原子离开平衡位置，不可避免地引起溶剂晶格常数发生变化。固溶体的性能固溶强化：通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象固溶强化原因：溶质原子的溶入→晶格畸变及钉扎位错→增大位错运动的阻力，提高变形抗力，从而提高合金的强度和硬度。固

6、溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。2.金属化合物金属化合物：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,，又称中间相。一般可用分子式大致表示其组成。特点：具有复杂的晶格、熔点较高、硬而脆。合金中含有金属化合物时，强度、硬度和耐磨性提高,，而塑性和韧性降低。金属间化合物的分类根据金属化合物的形成规律及结构特点，可将其分为三大类型：⑴正常价化合物⑵电子化合物⑶间隙化合物：间隙相、间隙化合物正常价化合物定义：严格遵守化合价规律的化合物形成：由元素周期表中相距较远、电负性相差较大的元素组成，成分固定、可用化学式

7、表示。例如，大多数金属和ⅣA族、Ⅴ族、ⅥA族元素生成Mg2Si、Mg2Pb、Mg2Sn、Cu2Se、ZnS、AlP及β-SiC等。性能特点：硬度高、脆性大。电子化合物定义：不遵守化合价规律但符合一定电子浓度（化合物中价电子数与原子数之比）的化合物。形成：由ⅠB族或过渡族元素与ⅡB族、ⅢA族、ⅣA族、ⅤA族元素所组成。性能特点：主要以金属键结合,具有明显的金属特性,可以导电。熔点和硬度较高，塑性较差。电子化合物的结构特点电