第三章二元合金的相结构与相图

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1、第三章二元合金的相结构与相图本章目的1、讨论合金中的相概念及其类型；2、介绍不同类型的二元相图；3、分析相图与合金性能之间的关系。本章要求1、相、组织、相组成、组织组成；2、固溶体和金属化合物；3、掌握分析相图的基本方法；4、正确运用杠杆定律。合金的概念:一种金属元素与另一种或几种其它元素，经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性（结合键主要是金属键）的物质。Pb-Sn合金,钢（Fe-C合金）,锡青铜(Cu-Sn(<14%)合金）。合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高；某些合金还具有特殊的电、磁、光、热等物理和化学性能，因此合金比纯金属应用广泛得多。3.1合金的相结构组元——组成合金

2、最基本的、独立的物质。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。例如：在Fe-C合金中，Fe、C均为组元。合金系——由给定的组元以不同的比例配制成的一系列成分不同的合金系统。例：Fe-C:90%Fe-10%C、80%Fe-20%C、50%Fe-50%C、20%Fe-80%C根据组元数，合金可分为：二元合金、三元合金、多元合金。不同的组元之间由于物理化学的相互作用，形成具有一定晶体结构、化学成分的新的物质—相。合金中的相——指合金中结构相同，成分和性能均一，并有界面与其他部分分开的均匀组成部分(phase)。例：室温下纯铁、钢中的相纯铁：α-Fe；钢：铁素体(α)＋渗碳体(Fe3C)。α相α相

3、Fe3C相纯铁0.45%C钢相结构，实际指合金的晶体结构。（一）固溶体定义：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称为固溶体。其中与固溶体晶格相同的组元为溶剂,一般在合金中含量较多；另一组元为溶质。溶液即液溶体，固溶体中溶剂、溶质概念同液溶体类似。（二）金属化合物定义：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，称之为金属化合物。一、相的分类例1：溶剂A+溶质B=固溶体Sbccfccbcc例2:α–Fe+C=F(铁素体)体心六方体心固溶体的结构特点铁素体的晶体结构二、固溶体置换固溶体（1）置换固溶体—溶质原子占据溶剂晶格结点所形成的固溶体

4、——又称代位固溶体，如90％Cu-10％Ni合金。按溶质原子在晶格中所占的位置分类1、固溶体的分类例：C固溶于α－Fe中形成间隙固溶体┗铁素体C固溶于γ－Fe中形成间隙固溶体┗奥氏体（2）间隙固溶体溶质原子不是占据溶剂结点位置，而是填入溶剂晶格的间隙中。间隙固溶体置换固溶体与间隙固溶体ZXY间隙原子间隙固溶体置换固溶体置换原子YXZ按固溶度分类（1）有限固溶体——溶质原子在固溶体中的浓度有一定限度（极限浓度），超过这个限度就不再溶解了，这个限度称为溶解度或固溶度。（2）无限固溶体——溶质原子可以以任意比例溶入溶剂，固溶度可达到100%。由于晶体中的间隙是有限的，所以间隙固溶体必定是有限固溶

5、体，无限固溶体一定是置换固溶体。当然并不是所有有限固溶体都是间隙固溶体，也并不是所有置换固溶体都是无限固溶体。按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分类（1）无序固溶体——溶质原子随机地分布于溶剂的晶格中，看不出次序或规律性。（2）有序固溶体——溶质原子按适当比例、按一定的规律分布于溶剂的晶格中，可以是置换式有序固溶体，也可以是间隙式有序固溶体。例：室温下,当Fe-Al合金成分变化时：a.Fe－Al(<25%atm)合金——无序相：α相；b.Fe－Al(25%~35%atm)合金——有序相：Fe3Al；c.Fe－Al(35%～50％atm)合金——有序相：FeAl。当成分固定，温度变化时：Fe

6、3Al：<550℃：完全有序；550℃～950℃：部分有序；>950℃：完全无序固溶体。有序固溶体特点：溶质原子可形成自己的亚点阵。一定条件下固溶体可以在有序和无序间相互转化。2、置换固溶体及影响因素金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，但固溶度往往相差很大。如在Cu中:Ni可以无限互溶，Zn最大溶解度为39%，Pb几乎不溶解于铜。固溶度影响因素：主要有原子尺寸、电负性、电子浓度和晶体结构等。（1）原子尺寸组元间原子半径越相近，固溶度越大。原因：溶质原子引起溶剂晶格畸变，产生畸变能。原子半径相差越大，晶格畸变能越高，晶格越不稳定，当畸变能高到一定程度，溶质原子将不再溶入固溶体，只能形成新

7、的相。溶剂与溶质原子的尺寸差别可用Δr衡量：Δr=(r溶剂-r溶质)/r溶剂Δr越大，固溶度越小。（2）电负性负电性:元素的原子获得或吸引电子的相对倾向。获得电子，原子变为负离子。┗可衡量元素间的化学亲和力，即形成化合物的倾向性。——取决于两元素在周期表中的位置。两元素相距越远，电负性相差越大，越易形成化合物。——元素间电负性相差越小，越易形成固溶体，而且固溶体的固溶度越大。（3）电子浓度——原子价电子浓度:价电子数目与