讲典型合金的结晶过程及组织

铁素体
2.共析钢 eutectoid steel
自F中析出极少的 Fe3CⅢ分辨不清。 室温组织： P (F+Fe3C）； 组织组成物—P； 组成相 F和Fe3C
共析珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。
P中各相的含量：
SK 6.69 0.77 Q 88.8%, PK 6.69 0.0218 Q Fe 3C 100% 88.8% 11.2%
c(19.2)
d(61.9)
e(97.5)
③ Ⅲ 亚共晶合金 hypoeutectic alloy
冷却到2点固相成分到C点，剩余液相成分到d点。
在该温度下剩余液相发生共晶反应，转变成共晶体。
◆
剩余液相含量即共晶体含量 (c2/cd).
Pb—Sb 合金相图
继续降温从 、 中析出Ⅱ、 Ⅱ （分辨不清）
+Fe3C
⒉ 特征线 special lines
⑴ 液相线与固相线
⑵ 三条水平线：
包晶线共晶线◆Fra bibliotek共晶产物是 与Fe3C的机
械混合物—莱氏体Le，以
Fe3C为基，性硬而脆。
莱氏体
共析线（A1线 ）
◆
共析反应的产物是 与Fe3C两相片层状机械混
合物—珠光体P。
L+δ
δ+
+
L+
◆ 从奥氏体中析出的Fe3C
称二次渗碳体；
◆ Fe3CⅡ沿奥氏体晶界呈
网状分布.
5. 共晶白口铸铁 eutectic white cast iron

合金冷却到C点发生共晶反应，产物为莱氏体Le，
莱氏体是共晶 与共晶Fe3C的混合物, Fe3C为基体。

LE C N
恒温
3）cf：为Sn在Pb中的溶解度线（或α相的固溶线）。温度降低， 固溶体的溶解度下降。从固态α相中析出的β相称为二次β，常 写作βⅡ。这种二次结晶可表示为：α→βⅡ 。 4）eg：为Pb在Sn中溶解度线（或相的固溶线）。Sn含量小于g 点的合金，冷却过程中同样发生二次结晶，析出二次α；即 β→αⅡ。
2）固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即 为一个变温结晶过程。
工程材料原理
温 度 L4 A 1083℃ L3 L2 t4
I L1 t3
L L+α t α 1 t2 α α 3 2
B 1452℃
1
L L α
、α 4 3
α
α
Cu
XL X0 Xα Ni % Ni （a） （b） 图3-4 Cu-Ni合金相图
工程材料原理
1. 发生匀晶反应的合金的结晶
匀晶转变：从液相中不断结晶出单相固溶体的过程 称为匀晶转变。 匀晶相图：二组元在液态、固态时均能无限互溶的 二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合金系 称为匀晶系。 属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、AgAu、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合 金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类 相图是学习二元合金相图的基础。
20%Ni
1. 纯金属冷却曲线上有水平台阶，是 TNi 因为凝固时释放的结晶潜热补偿了 冷却时的热量散失，故温度不变； 说明纯金属凝固是恒温过程；
T2. Cu
100%Cu
时间
Cu-Ni合金相图的测绘 冷却曲线
合金冷却出现二次转折，是因为合 金凝固时释放的结晶潜热只能部分 补偿冷却时的热量散失，使冷却速 Cu 20 40 60 80 Ni 率降低，出现第一个拐点，凝固结 Ni % 束后，没有潜热补偿，冷却速率加 快，出现第二个拐点，两个点分别 为凝固开始点和凝固结束点。

《机械制造技术基础》教案 教学内容：典型合金的结晶过程及组织教学方式：结合实际，由浅如深讲解教学目的：1．了解铁碳合金的类型；2．掌握共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程及其组织；3．掌握共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程及其组织。

重点、难点：六种典型合金的结晶过程及组织教学过程：4.3 典型铁碳合金的结晶过程及组织4.3.1铁碳合金的分类铁碳合金由于成分的不同，室温下将得到不同的组织。

由简化的Fe-Fe 3C 相图，如图4-4所示。

图4-4 简化的Fe-Fe 3C 相图 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为工业纯铁、钢及白口铸铁三类：1．工业纯铁（Wc ≤0.0218%）性能特点：塑性韧性好，硬度强度低。

2．钢（0.0218%＜Wc ≤2.11%）共析钢：Wc=0.77%，室温组织为P 。

亚共析钢： 0.0218%＜ Wc ＜0.77%，室温组织为F+P 。

过共析钢： 0.77% ＜ Wc ≤2.11%，室温组织为P+ Fe 3C Ⅱ3．白口铸铁（2.11% ＜ Wc ≤6.69%）共晶白口铸铁： Wc=4.3%，室温组织为L’d亚共晶白口铸铁： 2.11% ＜ Wc ＜4.3%，室温组织为P+Fe 3C Ⅱ+L ’d 。

过共晶白口铸铁： 4.3% ＜ Wc ≤6.69%，室温组织为L’d+Fe 3C Ⅰ4.3.2典型铁碳合金的结晶过程Fe 3C W C (%)图3-4 简化Fe-Fe 3C相图F 0.0218K F0 2.110.77 4.3D依据成分垂线与相线相交情况，分析几种典型铁碳合金结晶过程中组织转变规律。

1．共析钢的结晶过程分析(如图4-5、4-6所示)：AC AE PSK S S 3L L+A A P(F+Fe C)−−→−−→−−−→共析图4-5 共析钢结晶过程示意图 图4-6 共析钢金相组织2．亚共析钢的结晶过程分析（如图4-7、4-8所示）：AC AE GS PSK PSK S L L A A A F A F P F −−→+−−→−−→+−−−→+−−−→+共析图4-5 亚共析钢结晶过程示意图 图4-6 亚共析钢金相组织 亚共析钢的室温组织特征是：先析铁素体和共析珠光体呈均匀分布。

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体心立方晶格
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❖体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方 体的角上,一个原子处于立方体的中心, 角 上八个原子与中心原子紧靠。
❖ 体心立方晶胞特征：
晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°
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体心立方晶格
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原子个数
➢ 每个晶胞实际占有的原子个数。
（分析时要认真考虑每个原子的空间状况）
金属化合物的特性
力学性能：金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高， 高硬度、低塑性，硬而脆。当合金中出现金属化合物时， 通常能提高合金的强度、硬度和耐磨性。金属化合物是工 具钢、高速钢等钢中的重要组成相。
物化性能：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体 材料、形状记忆材料、储氢材料等。
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相：合金中结构相同、成分和性能均一的组成部分。
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一、合金的相结构
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组织：由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合 体。如单相、两相、多相合金。
金属及的组织一般应用显微镜才能看到，所以常称 显微组织。
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一、合金的相结构
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相的分类： 合金中的相按结构可分为： 固溶体和金属化合物 。
➢ 在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时 属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个 晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这个晶 胞。所以一个体心立方晶胞所含的原子数为 2个。
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体心立方晶格
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原子半径
❖晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。 体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对 角线, 所以原子半径与晶格常数a之间的关系 为：

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固溶体合金的电阻
较高，电阻温度系
数较小，常用做电
阻合金材料
σ
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室温组织应为：α固溶体+βⅡ固溶体。 室温时的α与βⅡ的相对量：
W aF 4 G G 10 % 0 W ,F F 4 G 10 % 0
上一级
（2） 合金Ⅱ（E点的合金） 也称为共晶合金 α相与β相的机械化合物。αM与βN的相对量，可 用杠杆定律计算如下：
W M M E 1 N N % 0 W N 0 , M M 1N % E 或 0 W N 0 1 W M 1% 00
以不同的数量、形状、大小互相组合，因而在显微镜下 可观察到不同的组织。把具有一定的组织特征，并在显 微镜下可以明显区分的物质。
上一级
合金中相组分和组织组分的相对量： 相组分α、β：
W MD 2 E E 1 0 % ， 0 W EC D D E 1 0 % 0
或 W E 1 W D 1% 00
上一级
1
返回
返回
具有简单共晶相图的合 金有Be-Si，Cd-Bi。 t点A、tB——A、B 组 元 熔 C点——共晶点 tAC——液相线 tBC——液相线
LAB
返回
tAE——固相线L析出α tBE——固相线L析出β MF——α最大溶解度线 NG——β最大溶解度线
返回
Pt-Ag包晶相图
上一级
2、杠杆定律
用来计算二元相图中两相平衡状态下平衡相的相对质 量。
杠杆的支点是两个相的平均质量分数（合金的成分 点），端点分别是两个相的成分点。
WL
bc ac
100
%
W
ab ac
100
%
上一级
三、二元均晶相图

第六章 合金结晶及其组织形态§ 6-1 合金凝固时的溶质分布一、溶质在液固两相中的分布1．合金结晶的基本规律一般合金结晶首先经过匀晶相区；结晶过程＝形核＋核长大；形核为液固界面形成过程，核长大为液固界面向液相区方向推进过程；无论是否平衡结晶，液固界面上溶质的浓度应分别处于平衡相图的液、固相线上； 无论是否平衡结晶，随温度下降，液固界面上固相成分沿相图固相线变化，液相成分沿相图液相线变化；造成液固界面成分变化及维持相平衡均由原子的迁移和扩散实现；不平衡结晶时，晶粒内部与晶界处溶质浓度不同，导致枝晶偏析。

以上总结的结晶基本规律与现象是分析结晶时溶质分布规律的基础。

2．平衡分配系数具有匀晶转变的合金C 0结晶，液固界面推进时成分分别沿相图液固相线变化。

若在T 0温度时，液固界面液相成分为C L ，固相成分为C S ，则定义其比值k 0为平衡分配系数：Ls C C k =0 根据相图液、固相线斜率不同，平衡分配系数有k 0<1及 k 0>1之分。

k 0数值大小反映了液固相线偏离程度或在一定温度下液、固两相中溶质浓度的差别程度。

k 0<1时的值越小及 k 0>1时的值越大，液、固两相中溶质平衡浓度差别越大。

若将液、固相线近似看作直线，则在任何温度下k 0均为常数。

二、平衡结晶时的溶质分布结晶条件：平衡结晶，溶质有充分时间迁移，在液固两相中完全混合。

合金成分为C0的合金结晶，k0<1（固相中溶质含量低于液相）。

取铸模中结晶单元体，或单向散热的棒状合金模型，设液固界面推进方向与散热方向相反，结晶总长为L。

根据平衡相图，分析由于溶质分布在界面和内部的变化引起界面推进而形成结晶的过程如下：不断降温使上述过程持续，最终在凝固终了温度使固相整体达到C0成分，结晶结束。

在固相中，成分均匀化依靠原子扩散，速率较小；在液相中，成分均匀化除依靠原子扩散外，更依靠液体中的对流，速率较快。

合金的结构与结晶
合金
• 基本概念
–合金 –组元 –系 –相
←α相 ←相界 ←β相
气相
液相
一、合金的相结构
• 固溶体
–置换固溶体
–间隙固溶体
固溶强化（强度硬度升高，塑性韧性下降）
合金的相结构
• 金属化合物
–渗碳体（Fe3C） 正交晶系，每个碳原 子分布于 6 个铁原子 排列的间隙处
二、合金的组织
种结晶出的晶体与母相的化学成分不同的结晶称为异分结晶， 或称选择结晶。 • 固溶体合金的结晶需要一定的温度范围。
在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数量的固相。 固溶体合金在结晶时，始终进行着溶质和溶剂原子的扩散过 程，其中不但包括液相和固相内部原子的扩散，而且包括固相 与液相通过界面进行的原子互扩散，这就需要足够长的时间， 才得以保证平衡结晶过程的进行。
• 由相组成
•ห้องสมุดไป่ตู้取决于相的种类、数量、形态、分布情况
三、二元合金相图的建立
• 相律（系统压力为常数时） f=c-p+1 f 自由度； c 系统的组元数； p 平衡条件下 系统的相数
• 杠杆定律
三、合金的结晶
形核与长大
• 过冷 • 结构起伏 • 能量起伏 • 成分起伏
结晶时过冷度越大，临界晶核半径，形核时所需 的能量起伏越小，同时结晶出来的固相成分和原液相 成分越接近，即越容易满足对成分起伏的要求。
成分起伏
• 通常所说的液态合金成分是指的宏观平均成分。 • 但从微观角度来看，由于原子运动的结果，在
任一瞬间，液相中总会有某些微小体积可能偏 离液相的平均成分，这些微小体积的成分、大 小和位置都是在不断变化着，这就是成分起伏。
合金结晶与纯金属结晶的区别

第二章碳钢C相图第3节Fe-Fe3第5讲典型铁碳合金结晶过程分析2典型铁碳合金的结晶过程分析-4共晶白口铸铁w c ＝4.3%铁碳合金的结晶过程CD EFK124.30%共晶白口铸铁w c ＝4.3%铁碳合金的结晶过程CD EFK124.30%1交点：液相开始发生共晶转变1~2之间：共晶奥氏体中会出现二次渗碳体2交点：γ发生共析转变→P (珠光体)共晶渗碳体不发生变化2 以下：组织低温莱氏体（L′d ）L 4.31148∘C(γ2.11+Fe 3C)共晶转变生成莱氏体（Ld ）奥氏体为共晶奥氏体，渗碳体为共晶渗碳体w c＝4.3%的铁碳合金结晶过程示意图低温莱氏体金相照片（黑斑区为珠光体，白色为渗碳体）室温组织：（L′d ）室温相：α+ Fe 3Cw c ＝4.3%的铁碳合金的结晶过程通过杠杆定律计算室温下各组织含量通过杠杆定律计算室温下各相含量自学内容w α=6.69−4.36.69−0.0008×100%≈？w Fe 3C =1−w α≈？%100='d L w典型铁碳合金的结晶过程分析-5亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金的结晶过程CD EFK1233.0%亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金的结晶过程CD EFK1233.0%3以下2交点：存在两相L +γ2~3：奥氏体中会出现二次渗碳体3交点：γ发生共析转变→P (珠光体)二次渗碳体+ Ld 不发生变化3 以下：组织低温莱氏体（L′d + Fe 3C II + P ）L 4.31148∘C(γ2.11+Fe 3C)1交点：液相开始发生匀晶转变L →γ其中的室温组织：（L'd + P + Fe 3C Ⅱ）室温相：α+ Fe 3Cw c ＝3.0%的铁碳合金的结晶过程通过杠杆定律计算室温下各组织含量通过杠杆定律计算室温下各相含量自学内容w Fe 3C =1−w α≈？w α= 6.69−3.06.69−0.0008×100%≈?w L ′d=3.0−2.114.3−2.11×100%≈？w P = 4.3−3.04.3−2.11×6.69−2.116.69−0.77×100%≈？w Fe 3C II =1−w L ′d −w P ≈?结晶过程示意图亚共晶白口铸铁的金相照片亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金3以下典型铁碳合金的结晶过程分析-6过共晶白口铸铁w c ＝5.3%铁碳合金的结晶过程CDEF K123典型铁碳合金的结晶过程分析-6过共晶白口铸铁w c ＝5.3%铁碳合金的结晶过程CDEF K1231~2：一次渗碳体形成的温度高，故其形貌为粗大的片状结构2交点：共晶转变3交点：γ发生共析转变3 以下：组织低温莱氏体（L′d + Fe 3C I ）1交点：液相开始发生匀晶转变L →Fe 3C I过共晶白口铸铁w c＝5.3%铁碳合金L'd＋Fe3CⅠ过共晶白口铸铁的室温组织典型铁碳合金的结晶过程分析-7工业纯铁w c <0.01%铁碳合金的结晶过程A GH J NP Q1234567工业纯铁w c <0.01%铁碳合金的结晶过程A GH J NP Q12345671~2：L 减少δ增加1以上：液相1交点：匀晶转变L →δ2点：单相δ （0.01%）2~3：单相δ （0.01%）3点开始：δ →γ3~4：δ减少γ增加4~5：单相γ（0.01%）5点开始：γ→α5~6：γ减少α增加6点，6~7：单相α （0.01%）7点：α析出Fe 3C ⅡI工业纯铁w c<0.01%铁碳合金室温下的相：F+Fe3C 室温组织: F + Fe3CⅢ工业纯铁室温组织金相照片。

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。

第八节合金的晶体结构与结晶过程一、基本概念●组成合金最基本的、独立的物质称为组元。

●由两种或两种以上的组元按不同比例配制而成的一系列不同化学成分的所有合金，称为合金系。

●相是指在一个合金系统中具有相同的物理性能和化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的部分。

●组织是指用金相观察方法，在金属及其合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。

二、合金的晶体结构根据合金中各组元之间的相互作用，合金中的晶体结构可分为固溶体、金属化合物及机械混合物三种类型。

（一）固溶体●合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一种原子而形成的晶体相，称为固溶体。

根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。

1．置换固溶体●溶质原子代替一部分溶剂原子，占据溶剂晶格的部分结点位置时，所形成的晶体相，称为置换固溶体。

按溶质溶解度的不同，置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体。

a) 置换固溶体 b) 间隙固溶体图1-32 固溶体的类型2．间隙固溶体●溶质原子在溶剂晶格中不占据溶剂晶格的结点位置，而是嵌入溶剂晶格的各结点之间的间隙内时，所形成的晶体相，称为间隙固溶体。

无论是置换固溶体，还是间隙固溶体，异类原子的插入都将使固溶体晶格发生畸变，增加位错运动的阻力，使固溶体的强度、硬度提高。

这种通过溶入溶质原子形成固溶体，使合金强度、硬度升高的现象称为固溶强化。

固溶强化是强化金属材料的重要途径之一。

a）间隙固溶体 b）置换固溶体（大溶质原子） c）固溶体（小溶质原子）图1-33 形成固溶体时产生的晶格畸变（二）金属化合物●金属化合物是指合金中各组元之间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相。

金属化合物具有与其构成组元晶格截然不同的特殊晶格，熔点高，硬而脆。

（三）机械混合物●由两相或两相以上组成的多相组织，称为机械混合物。

在机械混合物中各组成相仍保持着它原有晶格的类型和性能，而整个机械混合物的性能则介于各组成相的性能之间，并与各组成相的性能以及相的数量、形状、大小和分布状况等密切相关。

晶点以右的合金称过共 晶合金。 凡具有共晶线成分的 合金液体冷却到共晶温 度时都将发生共晶反应。
Pb—Sn 合金相图
合金的结晶过程 ① 含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程
在3点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种
直接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。
.2
温度降到3点以下， 固溶体被Sn过饱和，由于晶 格不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相— 相
⒉ 铁碳合金的相
(1)液相 L
(2)δ相：高温铁素体，在1394℃以上 存在
(3) 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素体, 用F 或
铁素 体
表示。
碳在δ-Fe中的固溶体称δ -铁素体，用δ 表示。
都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃
时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
亚共晶合金 的结晶过程
④ 过共晶合金结晶过程
与亚共晶合金相似，不同的是一次相为 , 二次相为Ⅱ 室温组织为Ⅰ+(+)+Ⅱ。
（三）包晶系合金的结晶
当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，
并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图。
以Pt-Ag相图为例简要分析 ⑴ 相图分析
单相区：L、、β 二相区：L+、 L+、
Ⅰ合金室温组织
为 + Ⅱ 。
A C
F
B 成分大于 D点合金结晶
E
D
过程与Ⅰ合金相似，室
温组织为 + Ⅱ 。
G
② 共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程 液态合金冷却到E 点时同时被Pb和Sb饱和, 发生
共
晶反应：Ld ⇄(C+e) 。

第四章合金的相结构与结晶4-1合金的相结构✧合金：金属与金属或金属与非金属熔合在一起，仍然具有金属特征的物质。

例 Fe-C Au-Cu Al-Si Pb-Sn✧组元：合金中最基本的，独立的物质元素、化合物。

例钢铁中的Fe Fe3C✧相：合金中具有相同结构、相同成分，与其他部分有界面分开的部分。

✧组织：在显微镜下观察相的大小、形态、分布特征。

组织是显微尺度，结构是原子尺度。

一、固溶体——溶质原子溶于固态金属中所形成的均匀新相。

根据溶质原子的位置可分为置换固溶体和间隙固溶体置换固溶体——溶质原子取代溶剂原子位置的固溶体。

无限固溶体有限固溶体间隙固溶体——溶质原子添于溶剂原子间隙之中。

✧必是有限固溶体✧因为溶质尺寸小！✧当d质/d剂<0.59时，形成间隙固溶体！元素 H B C N O原子半径（Å ） 0.46 0.97 o.77 0.71 0.60固溶体的性能✧机械性能随着溶解度的提高，强度、硬度提高，塑性、韧性下降。

原因：1）溶质原子引起晶格畸变，增加了位错移动阻力。

2）溶质原子易在位错线附近聚集，使位错运动困难。

固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使强度、硬度提高的现象。

✧物理性能溶解度提高，导电率下降。

Ag是最好的导体，但在空气中会产生AgS，发黑。

加入Cu,抗腐蚀能力提高，导电率下降。

二、金属间化合物——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。

✧正常价化合物——严格遵守化合价规律的化合物。

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。

硬度高，脆性大。

是合金中的强化相。

例： Mg2Si Mg2Sn MnS等。

✧电子化合物——不遵守化合价规律但符合于一定电子浓度的化合物。

电子浓度：化合物中价电子数与原子数之比。

电子化合物主要以金属键结合，具有明显的金属特征，可以导电。

熔点、硬度高，塑性差，是有色金属中的重要强化相。

✧ 间隙化合物——由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物。

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。

共晶温 度线
Pb-Sn相图
• ⑴ 相图分析
• ① 相：相图中有L、、 三种相, 是溶质Sn在 Pb中的固溶体， 是溶 质Pb在Sn中的固溶体。
A B
• ② 相区：相图中有三个
单相区： L、、；三
个两相区： L+、L+、
+ ；一个三相区：即 水平线CED。

③ 液固相线：液相线AEB，固相线ACEDB。A、B 分别为Pb、Sn的熔点。
L L L


L
1
L
L m
n
L

L+ m’
II




II /II
/
II
时间
时间
II合金 （c、d之间）平衡结晶过程及其组织示意图
III 合金平衡结晶过程及其组织示意图
二、基本的二元合金相图及典型合金的结晶
• 不平衡结晶及其组织：在实际生产条件下，由于冷却 速度较快，包晶转变所依赖的固体中的原子扩散不能 充分进行，导致包晶转变不完全，即在低于包晶转变 温度下，将同时存在未参与转变的液相和α相，其中液 相在随后降温时直接转变为β相或参与其他反应，而α 相仍保留在β相的心部，同时β相成分也很不均匀。这 种化学成分不均匀的现象称为包晶偏析。包晶转变温 度越低，包晶偏析越严重。包晶偏析可采用长时间的 扩散退火来减少或消除。
• 包晶相图：两组元在液态下完全互溶，固态下只能有限互 溶并发生包晶转变的相图称为二元包晶相图。具有包晶转 变的二元合金有：Cu－Sn、Fe－C、Cu－Zn、Ag－Sn、Ag－ Pt 等。 • 一定成分的液相和一定成分的固相在一定的温度下生成一 定成分的固相的转变称为包晶转变或包晶反应。

典型铁碳合金的结晶过程
典型的铁碳合金的结晶过程包括以下几个步骤：
1. 熔化：将合适比例的铁和碳原料进行熔化，通常在高温高压的条件下进行。

熔化后的合金为液态状态。

2. 过冷：将熔融的铁碳合金缓慢冷却，使其温度降至接近其冰点以下。

在过冷过程中，合金会逐渐失去热量，形成过冷液体。

3. 形核：过冷液体中的某些原子开始聚集形成细小的结晶核。

这个过程叫做形核，形成的结晶核通常呈固态。

4. 长大：在形核的基础上，其它的原子会逐渐沉积到结晶核上，导致结晶核与周围液体逐渐分离。

随着时间的推移，结晶核也会逐渐生长。

5. 赋形：当结晶核生长到一定程度时，会与周围的结晶核相互连结，形成完整的晶粒。

晶粒的形状和尺寸取决于铁碳合金的成分和冷却条件。

以上过程中，形核和长大是结晶过程的关键步骤。

形核速率和长大速率受到多种因素的影响，如温度、合金成分、冷却速率等。

通过控制这些因素，可以调控铁碳合金的晶粒尺寸和分布，从而改变合金的力学性能和微观组织特征。