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1、第三章二元合金相图概述纯金属具有良好的导电导热性，但机械性能差，而且提炼困难，价格昂贵，故工业上广泛应用的是合金材料。合金一种金属元素同另一种或几种其它元素,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。例如:钢（铁和碳的合金）黄铜（铜和锌的合金）组元组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。二元合金由两个组元组成的合金称为二元合金,例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多；某些合金还具有特殊的电、磁、耐热、耐蚀等物理、化学性能。因此合金的应用比
2、纯金属广泛得多。第一节固态合金相结构合金的生产用的最多的是熔炼法。由于合金中含有2种或2种以上元素的原子，在熔炼的过程中，原子之间必然相互发生作用，因而使得合金结晶后生成的结晶产物是含有2种或多种元素的小晶体。在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。例如：单一的液相；单一的固相；液相、固相两相共存（冰水混合物）；问题：水、油混装在一个瓶子里，是几个相？将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个相？若合金是由成分和结构都相同的同一种晶粒构成，称合金含有一种相，为单相。若合金是由成分和结构互不相同的几种晶粒构成，称合
3、金含有多种相，为多相。纯金属合金结晶过程：液固两相共存结晶过程：液固两相共存熔点以上：液相熔点以上：液相结晶完毕：单一固相结晶完毕：组元发生相互作用化合物组元彼此均匀溶解固溶体固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。固态合金中的相，按其晶格结构的基本属性，可以分为固溶体和化合物两大类。一、固溶体合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。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，含量较少。固溶体用α、β、γ等符号表示。A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B),其中A为溶剂,B为
4、溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示,亦可表示为Cu(Zn)。1.固溶体的分类（1）按溶质原子在溶剂晶格中的位置分固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子形成置换固溶体时，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、原子直径及它们在周期表中的位置。间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。形成间隙固溶体的条件：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。（2）按溶质原子在溶剂中的溶解度分固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。
5、固溶体中溶质的含量即为固溶体的浓度，用质量分数或摩尔分数表示。在一定温度和压力条件下，溶质在固溶体中的极限浓度即为溶质在固溶体中的溶解度。若超过这个溶解度有其它相形成，则此种固溶体为有限固溶体。若溶质可以任意比例溶入，即溶质溶解度可达100%，则固溶体为无限固溶体。（3）按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分固溶体分无序固溶体和有序固溶体两种。溶质原子有规则分布的为有序固溶体；无规则分布的为无序固溶体。在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金的无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变叫做有序化。2.固溶体的性能固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格
6、畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。固溶体引起的晶格畸变固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。例如：纯铜的σb为220MPa,硬度为40HB,断面收缩率ψ为70%。当加入1%的镍形成单相固溶体后,强度升高到390MPa,硬度升高到70HB,而断面收缩率仍有50%。所以固溶体综合机械性能很好,常作为结构合金的基体相。我国普通低合金钢就是利用Mn，Si等元素强化铁素体而使钢材的性能提高
7、。二、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即为金属化合物,或称中间相。例如：碳钢中的Fe3C，黄铜中的相（CuZn)。（FeS、MnS等为一般化合物）金属化合物一般熔点较高,硬度高,脆性大。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。1.正常价化合物严格遵守化合价规律的化合物称正常价化合物。它们由元素周期表中相距较远、电负性相差较大的两元素组成，可用确定的化学式表示。例如，大多数金属和ⅣA族、Ⅴ族、ⅥA族元素生成Mg2Si、Mg2Sb3、Mg2Sn、Cu2Se、ZnS、AlP及β-SiC等,皆
8、为正常价化合物。这类化合物性能的特点是硬度高、脆性大。2.电子化合物不遵守化合价规律但符合于一定电子浓度(化合物中价电子数
