合金的结构和结晶

第三章二元合金的相结构与结晶一、填空题1. Cr、V在γ-Fe中将形成固溶体。

C、N则形成固溶体。

2. 与间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要一些。

3. 固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的熔点组元。

4. 共晶反应的特征是，其反应式为。

5. 匀晶反应的特征是，其反应式为。

6. 共析反应的特征是，其反应式为。

7. 合金固溶体按溶质原子所处位置可分为和，按原子溶入量可以分为和。

8. 合金的相结构有和两种，前者具有较高的性能，适合于做相；后者有较高的性能，适合于做相。

9.间隙固溶体的晶体结构与相同，而间隙相的晶体结构与不同。

10.接近共晶成分的合金，其性能较好。

11.共晶组织的一般形态是。

12.固溶体合金，在铸造条件下，容易产生_______ 偏析，用__________ 方法处理可以消除。

13.K0<1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越小，成分偏析越____ , 提纯效果越_____；而K0>1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越大，成分偏析越____ , 提纯效果越_____。

二、判断题1.共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。

( )2.铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。

( )3.合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关。

( )4.置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。

( )5.合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。

( )6.共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。

( )7.共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。

( )8.初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。

( )9.根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。

( )10.亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。

10讲典型合金的结晶过程及组织合金是由两种或两种以上金属或非金属形成的固溶体。

其结晶过程和组织是影响合金性能的重要因素之一、下面将介绍典型合金的结晶过程及组织。

1.铝合金：铝合金具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空、汽车和建筑行业。

铝合金的结晶过程通常是由凝固开始的。

在凝固过程中，铝合金中的铝元素会首先形成υ-铝相，然后通过固溶处理形成其他相。

根据冷却速度的不同，可以形成不同的组织，包括固溶相、沉淀相和旁边生成相。

合金中的其他合金元素和固溶相会形成固溶体，而沉淀相和旁边生成相会形成强化相。

合金中的成分和处理工艺可以调整组织和性能。

2.钢铁：钢铁是一种铁碳合金，主要由铁和碳构成，同时还含有其他合金元素。

钢铁的结晶过程存在一定的复杂性，具体取决于钢铁的成分和处理工艺。

一般来说，钢铁的结晶过程包括固溶处理和相变。

在固溶处理中，钢铁中的合金元素会溶解在铁基体中，形成固溶体。

当冷却到一定温度时，固溶体会发生相变，从而形成不同的组织结构，如奥氏体、珠光体和渗碳体。

组织的形成会影响钢铁的力学性能和耐腐蚀性能。

3.镁合金：镁合金具有低密度、高比强度和良好的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车和电子行业。

镁合金的结晶过程和组织与铝合金类似，也是通过凝固和固溶处理来调控。

在凝固过程中，镁合金中的镁元素会首先形成α-Mg相，然后通过固溶处理形成其他相。

由于镁元素的活性较大，镁合金的固溶处理温度较低。

在固溶处理过程中，其他合金元素会溶解在镁基体中，形成固溶体。

合金中的其他元素也可以形成沉淀相，进一步增强合金的强度和硬度。

4.铜合金：铜合金是由铜和其他合金元素构成的合金，具有优异的导电性能和耐腐蚀性能。

铜合金的结晶过程和组织取决于合金中的成分。

一般来说，铜合金可以通过固溶处理和沉淀硬化来调控。

在固溶处理过程中，合金中的合金元素会溶解在铜基体中，形成固溶体。

通过合适的热处理工艺，可以使合金中的合金元素形成沉淀相，从而增加合金的硬度。

第二章 金属与合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。

晶体与非晶体的区别表现在许多方面。

晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。

此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。

在一般情况下的固态金属就是晶体。

一、晶体结构的基础知识（1）晶格与晶胞为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2-1）晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2-1），它具有很高对称性。

（2）晶胞表示方法不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。

结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示，称为晶格常数。

晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。

当棱边a b c ==，棱边夹角90αβγ===︒时，这种晶胞称为简单立方晶胞。

（3）致密度金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。

二、三种典型的金属晶格1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。

它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。

属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。

2、面心立方晶格晶胞示意图见图2-2b。

它的晶胞也是一个立方体，立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为4个，其致密度为0.74（原子排列较紧密）。

属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ-Fe等。

3、密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体，原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，晶胞示意图见图2-2c。

其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.74。

属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。

合金的结晶过程和特点
合金是由两种或两种以上的金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的物质。

合金的结晶过程和特点与纯金属不同，下面将分别进行介绍。

1.合金的结晶过程
合金的结晶过程是在一定温度和压力下，原子从无序排列逐渐形成有序排列的过程。

这个过程可以分为以下几个阶段：
(1)形核阶段：在液态合金中，原子随机排列，当温度降低时，原子开始聚集形成核。

这个阶段是结晶的开始。

(2)长大阶段：在形核后，原子在核上排列，形成晶体。

随着温度下降，晶体不断长大。

(3)相变阶段：当晶体长大到一定阶段时，合金中会出现相变，即新旧相交替出现。

这个阶段是结晶过程中最困难的阶段。

(4)晶粒长大阶段：在相变结束后，晶粒开始长大，最终形成均匀的晶粒结构。

2.合金的结晶特点
合金的结晶特点与纯金属不同，主要包括以下几个方面：
(1)结晶温度范围：合金的结晶温度范围较宽，不像纯金属那样具有明显的结晶点。

(2)晶格结构：合金的晶格结构比纯金属复杂，包含多种元素和原子排列方式。

(3)偏析：合金中常常出现元素偏析现象，即某些元素在晶格中
的分布不均匀。

(4)相变：合金中常常出现相变现象，即不同晶体结构之间的转变。

总之，合金的结晶过程和特点与纯金属不同，具有独特的特征。

这些特征对合金的性能和加工工艺具有重要影响，需要在实际应用中加以考虑和掌握。

合金的结晶知识点总结一、结晶的定义与特点结晶是指物质在一定条件下，由无序状态转变为有序状态的过程。

在固态金属和合金中，结晶是一种重要的物理现象，它影响着合金的性能和用途。

结晶的特点包括有序性、周期性、规则性和对称性。

二、合金的结晶方式合金的结晶方式主要包括共晶结晶、析出结晶、扩散控制结晶、再结晶等。

1. 共晶结晶共晶合金是由两种或两种以上的金属元素组成，且在一定温度范围内形成与基体共同结晶的合金。

共晶合金的共晶点温度比升华温度低，使得共晶合金易于结晶。

2. 析出结晶析出结晶是指在固溶体中析出新的相或晶粒，该过程是固溶体中溶质从固溶体中析出的过程。

3. 扩散控制结晶扩散控制结晶是由于界面扩散对固相反应速率的控制，因而在分解时呈现扩散控制的过程。

4. 再结晶再结晶是宏观特征是对晶体变形的恢复。

通过核心再结晶再结晶拟晶长大及晶粒细化，生产出具有良好性能的金属材料。

三、影响合金结晶的因素1. 温度温度是影响合金结晶的最主要因素之一。

合金的熔点、凝固温度和再结晶温度都与结晶过程有关，温度对合金结晶方式和晶粒尺寸都有很大的影响。

2. 成分合金的成分对结晶过程和晶粒尺寸都有重要的影响。

合金的成分不同，其结晶过程、成分的分布和晶粒尺寸都会有所差异。

3. 液态冷却速率冷却速率是指液态金属或合金在冷却过程中的冷却速率。

液态冷却速率对合金的宏观结构和微观结构都会产生重要的影响，从而影响合金的结晶方式和晶粒尺寸。

4. 添加元素合金中添加的元素对其结晶过程和晶粒尺寸都有很大的影响。

添加元素可以改变合金的化学成分和晶粒尺寸，从而对合金的性能产生影响。

四、合金结晶技术1. 凝固技术合金的凝固技术是其中最重要的一项技术，凝固技术可以影响合金的结晶方式、晶粒尺寸和组织结构，从而影响合金的性能和用途。

2. 热处理技术热处理技术包括退火、淬火、固溶处理、时效处理等，通过热处理技术可以改变合金的晶粒尺寸和组织结构，从而影响合金的性能和用途。