哈工大金属学与热处理课件.ppt

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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介绍各种类型的基本二元相图；3说明相图与合金性能间的对应关系本章要求：1组元、相、组织、组织组成物等基本概念；2固溶体和化合物的本质区别和性能特点；3掌握分析相图的基本方法；4正确运用杠杆定律。合金: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的物质。Pb-Sn合金,钢（Fe-C）,锡青铜(Cu-Sn(<14%)）§1合金的相结构组元——组成合金最基本的、能独立存在的物质。Fe-C合金：Fe(组元一)-

2、Fe3C(组元二)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%CFe-Cr-C根据组元数分为：二元合金、三元合金、多元合金。合金相——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)金属或合金均由相构成——单相合金、多相合金。——用α、β、γ、δ、η、θ等表示例：纯铁、钢中的相纯铁：α-Fe；钢：铁素体(α)＋渗碳体(Fe3C)；α相α相Fe3

3、C相纯铁0.45%C钢相结构，实指合金的晶体结构（一）固溶体合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。（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、相的分类二合金的相结构（一）固溶体1、固溶体的分类**按溶质原子在晶格中所占的位置分类置换固溶体（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——代位固溶体90％Cu-10％Ni合金例：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

4、成间隙固溶体┗奥氏体（2）间隙固溶体——溶质原子填入溶剂晶格的空隙位置所形成的固溶体。间隙固溶体**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的限度，超过这个限度就不再溶解，这个限度称为固溶度。（2）无限固溶体——溶质原子能以任意比例溶入溶剂，固溶度可达到100%。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晶格中。（2）有序固溶体——溶质原子按一定的规律分布在溶剂晶格中。CuAu中Cu原子：简单四方晶系亚点阵Cu3Au中Cu原子：体心四方晶系

5、亚点阵有序固溶体特点：——溶质原子可形成自己的亚点阵——一定条件下固溶体可在有序和无序间相互转化：温度、成分例：Fe-Al合金室温下,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：Fe3Alc.Fe－Al(35%～50％atm)合金——有序相：FeAl成分固定，温度变化时：Fe3Al：<550℃：完全有序550℃～950℃：部分有序>950℃：完全无序固溶体Fe3Al——金属间化合物新材料2置换固溶体及影响因素金属元素之间一般都能

6、形成置换固溶体，但固溶度往往相差很大。如Cu:Ni无限互溶，Zn最大溶解度为39%，Pb几乎不溶解于铜。——受元素间原子尺寸、化学亲和力、结构类型等影响。（1）原子尺寸因素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的点阵畸变，产生畸变能，晶格畸变能越高，晶格越不稳定，当畸变能高到一定程度，溶质原子将不再能溶入固溶体，只能形成其它新相。溶剂与溶质原子的尺寸差别可用Δr/r衡量：Δr/r=(r溶剂-r溶质)/r溶剂（2）负电性S原子、Al原子与Fe原子大小相差接近，但Al在Fe中溶解度大

7、——负电性因素负电性:指元素的原子自其它原子夺取电子而变为负离子的能力。┗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，相距越远，负电性相差越大，越易形成化合物。——元素间负电性相差越小，越易形成固溶体，而且固溶体的固溶度也较大。Δr/r分别为：0.12、0.18dAl=2.85;dS=2.08；dFe=2.54（3）晶体结构因素晶体结构相同，溶解度较大。无限固溶体——溶质的晶体结构与溶剂的晶体结构一定相同(如Cu-Ni合金等)例Fe合金：Ni、Co、Cr、V与Fe原

8、子尺寸差别<8%,Ni、Co与Fe形成面心立方晶格无限固溶体Cr、V与Fe形成体心立方晶格无限固溶体（4）电子浓度因素——原子价因素电子浓度:价电子数目与原子数目之比现象：溶质元素的原子价越高，溶解度较小。原因：固溶体中的电子浓度存在极限值。不同晶体结构的极限电子浓度不同：F.C.C：1.36B.C.C:1.483间隙固溶体当溶质与溶剂的原子半径之比小于0.59时，可能形成间隙固溶体。如小原子的碳(0.077nm)、氮(0.071nm)、另氧、氢、硼等非