第2章合金的结构与结晶素材

图2．17合金Ⅱ的冷却曲线及结晶过程
第18页
图2.18 Pb—Sn亚共晶合金的显微组织示意图
第19页
3)k点以左和h点以右的合金
图2．19共晶相图中的组织组成物
第20页

两组元在液态下无限互溶，在固态有限溶解，并在结 晶时发生包晶转变的相图，称为包晶相图。
图2．20铁碳相图的包晶部分
第21页

人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。

共晶转变 ：
Lc d e
图2．14共晶相图
第15页
1~1' 1'~ 2 L Lc (αd βe ) (α β)
图2．15合金I的冷却曲线及结晶过程
第16页
图2．16 Pb—Sn合金共晶组织
第17页
~2 ~ 2' 2 ~3 L 1 L 2 Lc d (d e ) d (d e ) 2 ( )
包晶转变 ：
LB H AJ
图2．2l 包晶转变示意图
第22页

共析相图和具有稳定化合物的相图 Tc 共析反应： c d e
图2．22共析相图
图2．23镁一硅合金相图
第23页
图2．24合金使用性能与相图的关系
第24页
图2.25 合金铸造性能与相图的关系
第25页
第7 页
2．化合物与第二相强化



化合物的性能特点是高熔点、高硬度和高脆性。化合 物很少作为单相合金材料使用，而是与固溶体组成复 相合金材料。化合物在复相合金材料中作为强化相， 并分布在固溶体基体上，以保证合金材料的强度。 化合物作为第二相可提高合金材料的强度，又称为第 二相强化，其效果主要取决于化合物的形态(大小、形 状、分布状况等)。 若化合物在固溶体晶粒内呈弥散质点(或颗粒)分布，它 既可显著提高合金的强度和硬度，又使塑性和韧性下 降不大，颗粒愈细小，分布愈均匀，则强化效果就愈 好，所以这是最有利的形态。在工程上也常用来强化 合金材料，这种强化也称为“弥散强化”或“颗粒强 化”。
1
ห้องสมุดไป่ตู้
机械混合物（Pb-Sb合金） 固溶体 金属间化合物 概念 相图的建立 匀晶相图 共晶相图 包晶相图及其他相图 合金的使用性能与相图的关系 合金的工艺性能与相图的关系
第2 页


在合金结晶时，形成的固相结构与合金的某一组成 元素的晶格相同（即在一种元素的晶格中包含其它 元素），这种固相称为固溶体。晶格与固溶体相同 的组元为固溶体的溶剂，其他组元为溶质。 根据溶质在溶剂晶格中所处的位置，可将固溶体分 为置换固溶体和间隙固溶体。
第10页


相图，又称为平衡图或状态图，是表明合金系中不同成分的 合金在不同温度下所存在的相以及相与相之间关系的图形。 相图的建立：热分析法。
图2· 11 Cu—Ni合金的冷却曲线及相图
第11页

两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图称为二元匀晶相图。具有 这类相图的合金系有Cu—Ni、Cu—Au、Au—Ag、Fe—Ni、w—Mo等。 1~ 3 3~ 4
L L
第12页
图2．12匀晶相图合金的结晶过程


设一合金的含B量为K，质量为1。 根据质量守恒定律得下列方程： QL+Q=1 QLX+QX′=K 求解方程得
KX KX Q X ' X X'X
X ' K X'K QL X ' X X'X Q KX QL X ' K
Q X ' K QL KX
第13页


在实际铸造条件下，一般冷却较快，原子扩散来不及充分进 行，会使先结晶出来的固相含高熔点组元量较高。这种在一 个晶粒内化学成分不均匀的现象称为晶内偏析，或称枝晶偏 析。 消除或改善办法是：采用扩散退火(亦称均匀化退火)
第14页

两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解(或不溶)，并 在结晶时发生共晶转变所构成的相图称为二元共晶相 图。

a)置换固溶体
b)间隙固溶体
第3 页
按照溶质原子在溶剂晶格中的规律可分为：
(1)有序固溶体 这种结合近似于化合物，可以用化学式子 表示，如cuAu、Cu3Au、Fe3Al等。 有序化对合金的机械性能和物理性能有一定的影响，如提高 合金的屈服强度和硬度，提高合金的导电性等。 (2)无序固溶体
第4 页

第6 页
1．固溶体与固溶强化 在固溶体中，溶质原子的溶人将造成晶格畸变 ，从而 导致固溶体的强度和硬度升高，其他性能也发生变化， 这种现象称为固溶强化。 在同等条件下，间隙固溶体所产生的固溶强化效果要 远大于置换固溶体。 固溶体的性能特点是在提高强度同时仍保持其良好的 塑性和韧性。若作为单相固溶体合金材料，则常用于 制造各种冷成形件。若作为复相合金材料，则固溶体 将作为合金材料的基体相，以保证合金材料的韧性。 固溶强化是金属材料改性的重要途径之一。
溶质原子溶于固溶体中的量，称为固溶体
的浓度。 溶质元素在固溶体中的极限浓度，叫做溶 解度。其大小主要取决于溶质与溶剂的晶 格类型、原子直径的差别和在周期表中的 相互位置。 在任何比例下均能互溶而形成无限固溶体， 反之，为有限固溶体。 间隙固溶体只能是有限固溶体。
第5 页
当合金中溶质含量超过固溶体的溶解度时，将 析出新相。若新相的晶体结构与合金其他组元 的相同，则新相为以另一个组元为溶剂的固溶 体。若新相的晶体结构不同于任一组元，则新 相是组元间形成的一种新物质——化合物。根 据其形成条件及结构特点，常见化合物可分为 正常价化合物、电子化合物和间隙化合物。 Fe3C是钢铁中的一种最重要的间隙化合物，又 称为渗碳体，具有复杂的斜方晶格，它作为强 化相对钢铁材料的性能有重大的影响。
第8 页
由两种或两种以上的金属元素，或金属元素
和非金属元素组成的具有金属性质的物质， 称为合金。 组成合金的独立的 、最基本的单元称为组元， 组元可以是纯元素或是稳定的化合物。 合金系：由两种或两种以上组元配制的一系 列不同成分的合金
相图（平衡图、状态图）
第9 页



相 ：合金中具有相同的物理、化学性能、并与该系统 的其余部分以界面分开的物质部分。 合金组织：用金相显微镜观察法，在金属及合金内部看 到的涉及各相（晶体或晶粒）大小、方向、形状、排列 状况等组成关系和构造情况。当材料成分一定时，相同 的相在不同处理条件下形成，会具有各种不同的形态 （ 大小、方向、形状、排列状况等），从而构成不同 的显微组织。可见，一个相可以构成一种或一种以上的 组织。 合金的性能，一方面取决于组成合金的各相本身的晶体 结构，但另一方面，也取决于由各相形态决定的合金组 织状态。 合金的相结构可分为固溶体和化合物。