合金的相结构与相

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1、第三章合金的相结构与相图第一节基本概念第二节合金的相结构第三节二元合金相图的建第四节二元匀晶相图第五节二元共晶相图第六节二元包晶相图第七节具有共析反应的二元合金相图第八节合金的性能与相图的关系第九节铁碳合金相图学习要求1.了解二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图各个区间的组织组成和特征；2.掌握共晶转变和共析转变的实质和条件；3.掌握铁碳合金基本组织的特征和性能，并能结合晶体结构知识进行分析、对比；4.熟练分析铁碳合金典型7种合金的结晶过程，并能够做到举一反三；5.了解铁碳合金的化学成分、组织状态和性能之间的定性关系；6.了解合金的性能与相图的关系。第一节基本概念合金:由两种

2、或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素熔合或烧结而成的具有金属特性的物质。一般前者为熔合合金，后者为烧结合金.组元:组成合金最基本的、独立的物质叫组元。一般来说，组元既可以是组成合金的元素，也可以是稳定的化合物。合金系:由两种或两种以上的组元按不同的比例配制成一系列不同成分的所有合金称为合金系。相:金属中具有相同的化学成分、相同结构和相同物理性能并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，称为相。组织:是指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。第二节合金的相结构一、固溶体合金中两组元在液态和固态下都互相溶解，共同形成均匀的固相，这类相称为固溶体

3、。习惯以、、表示。与合金晶体结构相同的元素称溶剂,其它元素称溶质。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。溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的称有序固溶体。置换固溶体间隙固溶体: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，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂<0.59。间隙固溶体都是无序固溶体。间隙固溶体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

4、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。置换固溶体的晶格畸变间隙固溶体晶格畸变二、金属化合物在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除了形成固溶体外，还将出现新相。若新相的晶体结构与合金中某一组成元素相同，则新相是以该一组成元素为溶剂的固溶体。若新相的晶体结构不同于任一组成元素，则新相将是组成元素问相互作用而生成的一种新的物质，即为金属化合物或称中间相。1.正常价化合物——符合正常原子价规律。如Mg2Si。2.电子化合物——符合电子浓度规律。如Cu3Sn。电子浓度为价电子数与原子数的比值。3.间隙化合物——由过渡族元素与C

5、、N、B、H等小原子半径的非金属元素组成。①间隙相r非/r金0.59时，形成具有简单晶格结构的间隙化合物。如M4X(Fe4N)、M2X(Fe2N、W2C)、MX(TiC、VC、TiN)等。简单晶格间隙化合物的共同特点，是具有极高硬度和熔点，是硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成部分。部分碳化物和所有氮化物属于间隙相。VC的结构②具有复杂结构的间隙化合物当r非/r金>0.59时形成复杂结构间隙化合物。如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C称渗碳体，是钢中重要组成相，具有复杂斜方晶格。形成复杂晶格的间隙化合物，其熔点和硬度较间隙相低，稳定性也较差。化合物也可溶入其它元素原子，

6、形成以化合物为基的固溶体。间隙化合物Fe3C的晶体结构三、机械混合物纯金属、固溶体、金属化合物是组成合金的基本相，由这些基本相按照固定比例构成的组织称为机械混合物。它可以是两种或多种纯金属、固溶体、金属化合物各自组成的机械混合物，也可以是它们之间的混合物。机械混合物中的各个组成相仍然保持各自的晶体结构和性能，一般情况下在金相显微镜下可以加以区别。机械混合物的性能取决于各组成相的大小、数量、分布及形状。工业生产中大多数合金是由机械混合物组成，如钢、铸铁、铜合金、铝合金等。第三节二元合金相图的建立相图又称状态图，它表明金属的相结构或状态随温度、压力及成分的改变而发生变化的情况。由于它

7、只表示金属在平衡状态(那是极缓慢加热或冷却条件)下的相结构，所以也称平衡图。一、二元合金相图的表示方法二、二元合金相图的建立二元合金相图的坐标Cu-Ni二元合金相图的建立第四节二元匀晶相图匀晶相图：两组元在固态时形成无限固溶体，且液态时又能完全互溶的合金相图称为匀晶相图。一、相图分析二、合金的结晶过程Cu-Ni合金相图、冷却曲线及结晶过程分析三、杠杆定律1.两平衡相及其成分的确定2.两平衡相相对质量的确定mLar=mαrbmL=rb/ab×100%mα=ar/ab×100%杠杆定