金屬材料及熱加工工藝2

1、材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT材料及熱加工工藝材料及熱加工工藝 第二章第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1 1 金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 2 合金的結(jié)構(gòu)與相圖材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT第一節(jié)第一節(jié) 金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一、金屬鍵與金屬的特性一、金屬鍵與金屬的特性

2、金屬原子的外層電子少，容金屬原子的外層電子少，容易失去。當(dāng)金屬原子相互靠易失去。當(dāng)金屬原子相互靠近時(shí)，外層原子就脫離原子，近時(shí)，外層原子就脫離原子，成為自由電子，為整個(gè)金屬成為自由電子，為整個(gè)金屬所共有，自由電子在金屬內(nèi)所共有，自由電子在金屬內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，形成電子氣。這種部運(yùn)動(dòng)，形成電子氣。這種依靠自由電子與金屬正離子依靠自由電子與金屬正離子的相互吸引而結(jié)合的方式稱的相互吸引而結(jié)合的方式稱為金屬鍵。為金屬鍵。金屬的定義（傳統(tǒng)）：金屬的定義（傳統(tǒng)）：-是具有良好的是具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性（塑性）和金屬光澤導(dǎo)熱性、延展性（塑性）和金屬光澤的物質(zhì)。的物質(zhì)。材料及熱加工工藝第二章 金屬及

3、合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.1.晶體的概念晶體的概念固體物質(zhì)按原子排列的特征分為固體物質(zhì)按原子排列的特征分為: : 晶體晶體: : （1 1）結(jié)構(gòu)有序；（）結(jié)構(gòu)有序；（2 2）物理性質(zhì)表現(xiàn)）物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性；（為各向異性；（3 3）有固定的熔點(diǎn)）有固定的熔點(diǎn) 非晶體非晶體: :（1 1）結(jié)構(gòu)無(wú)序；（）結(jié)構(gòu)無(wú)序；（2 2）物理性質(zhì)表現(xiàn)）物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性；（為各向同性；（3 3）沒(méi)有固定熔點(diǎn)）沒(méi)有固定熔點(diǎn) 材料及熱加工工藝第二章

4、 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT2 2、晶格與晶胞、晶格與晶胞 晶格：晶格：用假想的直線將原子中心連接起來(lái)所形成用假想的直線將原子中心連接起來(lái)所形成的三維空間的三維空間格架。直線格架。直線的交點(diǎn)（原的交點(diǎn)（原子中心）稱子中心）稱結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)。由結(jié)。由結(jié)點(diǎn)形成的空點(diǎn)形成的空間點(diǎn)的陣列間點(diǎn)的陣列稱稱空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣 晶胞：晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

5、school of material science and engineering of XAUT 晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：晶胞各晶胞各 邊的尺寸邊的尺寸 a、b、c。l各棱間的夾角用各棱間的夾角用 、 、 表示。表示。立方立方六方六方四方四方菱方菱方正交正交單斜單斜三斜三斜材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 原子半徑：原子半徑：晶胞中原晶胞中原子密度最大方向上相鄰子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。原子間距的一半。l 晶胞原子數(shù)：晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶一個(gè)

6、晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。l 配位數(shù)：配位數(shù)：晶格中與任晶格中與任一原子距離最近且相等的一原子距離最近且相等的原子數(shù)目。原子數(shù)目。l 致密度：致密度：晶胞中原子晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT2、常見(jiàn)的金屬晶格、常見(jiàn)的金屬晶格體心立方晶格體心立方晶格bcc面心立方晶格面心立方晶格fcc-Fe、Cu、Ni、Al 密排六方晶格密排六方晶格hcp材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)

7、構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT體心立方晶格的參數(shù)體心立方晶格的參數(shù)材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT面心立方晶格的參數(shù)面心立方晶格的參數(shù)材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT密排六方晶格的參數(shù)密排六方晶格的

8、參數(shù)材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT單晶體多晶體多晶體多晶體三、金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷三、金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1 1、單晶體、多晶體、單晶體、多晶體單晶體：?jiǎn)尉w：晶粒示意圖晶粒示意圖材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT1)1)點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 是指三維尺寸都很是指三維尺寸都很小，不超過(guò)幾個(gè)原小，不超

9、過(guò)幾個(gè)原子直徑的缺陷。子直徑的缺陷。 晶體中的點(diǎn)缺陷晶體中的點(diǎn)缺陷1 1、2 2空位；空位；3 3、4 4間隙原子；間隙原子；5 5、6 6置換原子置換原子 材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 晶格的不完整部晶格的不完整部位稱位稱晶體缺陷晶體缺陷。 實(shí)際金屬中存在實(shí)際金屬中存在著大量的晶體缺著大量的晶體缺陷，按形狀可分陷，按形狀可分三類，即點(diǎn)、線、三類，即點(diǎn)、線、面缺陷。面缺陷。2 2、實(shí)際金屬的晶體缺陷、實(shí)際金屬的晶體缺陷材料及熱加工工藝第二章 金屬

10、及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUTa a. . 空位：空位：晶格中某些晶格中某些缺排原子的空結(jié)點(diǎn)。缺排原子的空結(jié)點(diǎn)。b b. . 間隙原子：間隙原子：擠進(jìn)晶擠進(jìn)晶格間隙中的原子。格間隙中的原子?？煽梢允腔w金屬原子，以是基體金屬原子，也可以是外來(lái)原子。也可以是外來(lái)原子。體心立方的四面體和八面體間隙體心立方的四面體和八面體間隙材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineeri

11、ng of XAUTc c. . 置換原子：置換原子：取代原來(lái)原子位置的外來(lái)取代原來(lái)原子位置的外來(lái)原子稱置換原子。原子稱置換原子。 點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，空位空位間隙原子間隙原子小置換原子小置換原子大置換原子大置換原子稱稱晶晶格畸變格畸變。從而使強(qiáng)度、硬度。從而使強(qiáng)度、硬度 ，塑性、韌性，塑性、韌性 。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT2 2）線缺陷）線缺陷位錯(cuò)：晶體中的某處有一位錯(cuò)：晶

12、體中的某處有一列或若干列原子發(fā)生了某種列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。 是指二維方向上尺寸較是指二維方向上尺寸較小，在另一維方面上尺小，在另一維方面上尺寸較大的缺陷。寸較大的缺陷。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT實(shí)際晶體中往往含有實(shí)際晶體中往往含有大量位錯(cuò)，通常把單位大量位錯(cuò)，通常把單位體積中所包含的位錯(cuò)線體積中所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度稱為總長(zhǎng)度稱為位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度。螺型位錯(cuò)示意圖螺型位錯(cuò)示意圖 退火態(tài)退火態(tài)(105-108/

13、cm2) 加工硬化態(tài)加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2) 材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT3)3)面缺陷面缺陷-二維尺寸很大而第三維尺寸很小的缺陷，通二維尺寸很大而第三維尺寸很小的缺陷，通常是指晶界和亞晶界。常是指晶界和亞晶界。 材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 晶界的特點(diǎn)：晶界的特點(diǎn)： 原子排列不規(guī)則

14、原子排列不規(guī)則。 熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低。 耐蝕性差耐蝕性差。 易產(chǎn)生內(nèi)吸附易產(chǎn)生內(nèi)吸附，外來(lái)，外來(lái)原子易在晶界偏聚。原子易在晶界偏聚。 阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，是強(qiáng)，是強(qiáng)化部位，因而實(shí)際使用的化部位，因而實(shí)際使用的金屬力求獲得細(xì)晶粒。金屬力求獲得細(xì)晶粒。 相變的優(yōu)先形核部位相變的優(yōu)先形核部位 顯微組織的顯示顯微組織的顯示材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT四四 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶1 1、金屬結(jié)晶的概念、金屬結(jié)晶的概念 金屬自液態(tài)經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程是原子從

15、排金屬自液態(tài)經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程是原子從排列不規(guī)則的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕幸?guī)則的晶態(tài)的過(guò)程。列不規(guī)則的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕幸?guī)則的晶態(tài)的過(guò)程。結(jié)晶：結(jié)晶： 液體液體 - - 晶體晶體凝固：凝固： 液體液體 - - 固體（晶體或非晶體）固體（晶體或非晶體）晶體液體液體結(jié)晶結(jié)晶材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件。過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件。 T = T0 T1過(guò)冷度：過(guò)冷度：冷速越快，過(guò)冷度越大冷速越快，過(guò)冷度越大. .純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線純金屬結(jié)晶時(shí)的

16、冷卻曲線結(jié)晶潛熱的釋放維持溫結(jié)晶潛熱的釋放維持溫度不變，即出現(xiàn)平臺(tái)。度不變，即出現(xiàn)平臺(tái)。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT2 2、結(jié)晶過(guò)程、結(jié)晶過(guò)程 液態(tài)金屬結(jié)晶是由液態(tài)金屬結(jié)晶是由形核和長(zhǎng)大形核和長(zhǎng)大兩個(gè)基兩個(gè)基本過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。本過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。 材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT (1) (1)晶核的形成晶核的形

17、成 1 1）自發(fā)形核）自發(fā)形核依靠液態(tài)金屬本身在一定過(guò)冷依靠液態(tài)金屬本身在一定過(guò)冷度下由其內(nèi)部自發(fā)長(zhǎng)出結(jié)晶核心。度下由其內(nèi)部自發(fā)長(zhǎng)出結(jié)晶核心。 但需要很大的過(guò)冷度，如：純銅結(jié)晶但需要很大的過(guò)冷度，如：純銅結(jié)晶T=236T=236) )非自發(fā)形核非自發(fā)形核晶核依附金屬液體中未溶的固晶核依附金屬液體中未溶的固態(tài)雜質(zhì)表面而形成晶核，所需過(guò)冷度為態(tài)雜質(zhì)表面而形成晶核，所需過(guò)冷度為20 20 。 晶核長(zhǎng)大的實(shí)質(zhì)就晶核長(zhǎng)大的實(shí)質(zhì)就是原子由液體向固是原子由液體向固體表面的轉(zhuǎn)移。體表面的轉(zhuǎn)移。 （2 2）晶核的長(zhǎng)大）晶核的長(zhǎng)大材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 sch

18、ool of material science and engineering of XAUT樹枝狀晶體長(zhǎng)大過(guò)程 頂角和棱邊處散熱條件優(yōu)于其它部位 樹枝狀晶體長(zhǎng)大過(guò)程 金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶頂角和棱邊處散熱條件優(yōu)于其它部位 材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT3、晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響及細(xì)化晶、晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響及細(xì)化晶 粒的方法粒的方法v形核率形核率N：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)在單位液體體：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)在單位液體體 積中形成的晶核數(shù)目。積中形成的晶核

19、數(shù)目。v長(zhǎng)大率長(zhǎng)大率G：?jiǎn)挝粫r(shí)間界面向前推進(jìn)的距離。：?jiǎn)挝粫r(shí)間界面向前推進(jìn)的距離。u金屬結(jié)晶后晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度、硬度愈高，塑金屬結(jié)晶后晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度、硬度愈高，塑性、韌性也愈好。性、韌性也愈好。 N/G值越大，結(jié)晶后的晶粒越細(xì)。值越大，結(jié)晶后的晶粒越細(xì)。例：純鐵的晶粒例：純鐵的晶粒 d：70m減至減至1.6m b：184MPa增至增至270MPa ：30.6%增至增至50.7%材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT細(xì)化晶粒的途徑細(xì)化晶粒的途徑:v1）提高冷卻

20、速度）提高冷卻速度V冷冷TN晶粒細(xì)小晶粒細(xì)小v2）變質(zhì)處理）變質(zhì)處理 起外來(lái)晶核的作用或機(jī)械阻礙作用起外來(lái)晶核的作用或機(jī)械阻礙作用 v3）機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等。）機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT4 4、金屬鑄錠的組織、金屬鑄錠的組織材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAU

21、T材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT2 合金的結(jié)構(gòu)與相圖一一 、合金合金的基本概念的基本概念 合金：合金：由兩種或兩種以由兩種或兩種以 上的金屬、或金屬與非金上的金屬、或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他屬，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。特性的物質(zhì)。鋼、鑄鐵等鋼、鑄鐵等 組元：組元：組成合金最基本的、組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)，簡(jiǎn)稱為元。獨(dú)立的物質(zhì)，簡(jiǎn)稱為元?？梢允窃兀部梢允欠€(wěn)可以是元素，也可以是穩(wěn)定的化

22、合物。定的化合物。 有二元、三元合金等。有二元、三元合金等。Al-CuAl-Cu兩相合金兩相合金黃銅（黃銅（Cu-ZnCu-Zn）材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 所謂所謂相相是指金屬或合金中凡是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻其它部分有界面分開的均勻組成部分。組成部分。 顯微組織顯微組織實(shí)質(zhì)上是指在顯微實(shí)質(zhì)上是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、

23、大小形態(tài)、數(shù)量、大小和分布和分布的組合。的組合。 固態(tài)合金中的相分為固態(tài)合金中的相分為固溶體固溶體和金屬化合物和金屬化合物兩類。兩類。單相單相合金合金兩相兩相合金合金材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT二、二、 固態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu)固態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu)( (固溶體和金屬化合物固溶體和金屬化合物) ) 定義：定義：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中形成的合金相，并不改格中形成的合金相，并不改變?nèi)軇┑木Ц耦愋?；固溶體變?nèi)軇┑木Ц耦愋?；固溶體的成分不固定。的

24、成分不固定。l固溶體是合金的重要組成相固溶體是合金的重要組成相，實(shí)際合金多是單相固溶體合金實(shí)際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。或以固溶體為基的合金。l按溶質(zhì)原子所處位置分為按溶質(zhì)原子所處位置分為置換置換固溶體固溶體和和間隙固溶體間隙固溶體。Cu-NiCu-Ni置換固溶體置換固溶體Fe-CFe-C間隙固溶體間隙固溶體 固溶體固溶體材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 置換固溶體置換固溶體 溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。溶質(zhì)原子

25、占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。 溶質(zhì)原子呈無(wú)序分布的稱溶質(zhì)原子呈無(wú)序分布的稱無(wú)序固溶體，無(wú)序固溶體，呈有序分布呈有序分布 的稱的稱有序固溶體。有序固溶體。黃銅置換固溶體組織黃銅置換固溶體組織材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT無(wú)限固溶須滿足三個(gè)條件：無(wú)限固溶須滿足三個(gè)條件： a. a.原子外層電子結(jié)構(gòu)相近；（電化學(xué)、負(fù)電性）原子外層電子結(jié)構(gòu)相近；（電化學(xué)、負(fù)電性） b.b.原子半徑相差不大；原子半徑相差不大； c.c.晶格類型相同；（晶體結(jié)構(gòu)）

26、晶格類型相同；（晶體結(jié)構(gòu)） CuCu與與NiNi： 2929、2828；2.55 2.55 、2.44 2.44 ；均為均為fccfcc結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 故故CuCu與與NiNi形成無(wú)限置形成無(wú)限置換固溶體。換固溶體。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 間隙固溶體間隙固溶體 溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。 形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金 屬元素，如屬

27、元素，如C C、N N、B B等，而等，而溶劑元素一般是過(guò)渡族元素。溶劑元素一般是過(guò)渡族元素。l形成間隙固溶體的一般規(guī)律形成間隙固溶體的一般規(guī)律為為r r質(zhì)質(zhì)/ /r r劑劑0.590.59。l間隙固溶體都是無(wú)序固溶體。間隙固溶體都是無(wú)序固溶體。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 固溶體的性能固溶體的性能 隨溶質(zhì)含量增加隨溶質(zhì)含量增加, , 固溶體的強(qiáng)度固溶體的強(qiáng)度、硬度增加硬度增加, , 塑性、塑性、韌性下降韌性下降固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 產(chǎn)生產(chǎn)生固溶強(qiáng)

28、化固溶強(qiáng)化的原因是溶質(zhì)原子使的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變晶格發(fā)生畸變及對(duì)位錯(cuò)的及對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用釘扎作用。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT2、金屬化合物、金屬化合物合金中的兩組元相互作用而形成的一種新相，它的合金中的兩組元相互作用而形成的一種新相，它的晶體結(jié)構(gòu)、性能、熔點(diǎn)與兩組元都不同，并具有金晶體結(jié)構(gòu)、性能、熔點(diǎn)與兩組元都不同，并具有金屬特征，這種相稱為屬特征，這種相稱為金屬化合物金屬化合物。u如：如：Fe + C Fe3C（1）正常價(jià)化合物）正

29、常價(jià)化合物 Mg2Si （2）電子化合物）電子化合物 （3）間隙化合物間隙化合物根據(jù)形成條件：根據(jù)形成條件：u金屬化合物都是硬而脆，不能作基體相。金屬化合物都是硬而脆，不能作基體相。Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT三、三、 二元合金相圖二元合金相圖相圖是表明平衡結(jié)晶條件下（即極緩慢加熱或冷相圖是表明平衡結(jié)晶條件下（即極緩慢加熱或冷卻條件下）卻條件下）合金成分、溫度和相（或組織）合金成分、溫度和相（或組織）之間之間的關(guān)系圖形

30、，是選材、制定工藝的依據(jù)。的關(guān)系圖形，是選材、制定工藝的依據(jù)。 一）、相圖的建立一）、相圖的建立1) 1) 配制不同成分的合金；配制不同成分的合金； 2) 2) 測(cè)定每種合金的冷卻曲線，找出每種合金的測(cè)定每種合金的冷卻曲線，找出每種合金的臨界點(diǎn)（即冷卻曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)）；臨界點(diǎn)（即冷卻曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)）； 3) 3) 將具有相同意義的臨界點(diǎn)標(biāo)注在溫度將具有相同意義的臨界點(diǎn)標(biāo)注在溫度成分成分坐標(biāo)圖中相應(yīng)的合金線上；坐標(biāo)圖中相應(yīng)的合金線上； 4) 4) 把具有相同意義的臨界點(diǎn)連成曲線即可。把具有相同意義的臨界點(diǎn)連成曲線即可。 材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

31、 school of material science and engineering of XAUTu純金屬的結(jié)晶過(guò)程是在恒溫下進(jìn)行的。在結(jié)晶純金屬的結(jié)晶過(guò)程是在恒溫下進(jìn)行的。在結(jié)晶 的過(guò)程中只有液相和固相數(shù)量的變化。的過(guò)程中只有液相和固相數(shù)量的變化。u合金的結(jié)晶通常是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，合金的結(jié)晶通常是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的， 在結(jié)晶的過(guò)程中，不但有固相和液相數(shù)量變化，在結(jié)晶的過(guò)程中，不但有固相和液相數(shù)量變化， 而且各相的成分也在變化。而且各相的成分也在變化。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material scie

32、nce and engineering of XAUTCu-NiCu-Ni合金相圖的建立過(guò)程合金相圖的建立過(guò)程 材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT1、勻晶相圖、勻晶相圖 Cu-Ni Au-Ag 二）二元合金相圖的基本類型特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩組元在液態(tài)、固態(tài)均能夠完全無(wú)限互溶，兩組元在液態(tài)、固態(tài)均能夠完全無(wú)限互溶，形成單一均勻無(wú)限固溶體。形成單一均勻無(wú)限固溶體。1) 相圖分析相圖分析 組元：組元：Cu、Ni相：相：L、A、B點(diǎn)點(diǎn)：熔點(diǎn)：熔點(diǎn)線：線：固、液相線固

33、、液相線相區(qū)：相區(qū)： L、L+ 、 LL+ 成分（成分（wt%Ni）溫度（溫度（）CuNi液相線固相線材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT以以Cu-Ni合金相圖中合金相圖中Ni含量為含量為40%的合金為例的合金為例:2)合合金金的的結(jié)結(jié)晶晶過(guò)過(guò)程程 材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT材料及熱加工工藝第二章 金屬及

34、合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 3） 杠桿定律杠桿定律 處于兩相區(qū)的合金，由相圖可知兩平衡相的成分，處于兩相區(qū)的合金，由相圖可知兩平衡相的成分，還可用還可用杠桿定律杠桿定律求出兩平衡相的相對(duì)重量。求出兩平衡相的相對(duì)重量。 現(xiàn)以現(xiàn)以Cu-Ni合金為例推導(dǎo)杠桿定律：合金為例推導(dǎo)杠桿定律： 確定兩平衡相的成分：確定兩平衡相的成分： 劃線求橫坐標(biāo)劃線求橫坐標(biāo)12 t 確定兩平衡相的相對(duì)確定兩平衡相的相對(duì) 重量：重量： 根據(jù)杠桿定律求解根據(jù)杠桿定律求解材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的

35、結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT設(shè)合金的重量為設(shè)合金的重量為1，液相重量為液相重量為QL，固相重量為固相重量為Q 。則則QL + Q =1 QL x1 + Q x2 =x解方程組得：解方程組得：121122LxxxxQxxxxQ 應(yīng)用：距某相區(qū)遠(yuǎn)的那一段線段長(zhǎng)與直線全長(zhǎng)的比應(yīng)用：距某相區(qū)遠(yuǎn)的那一段線段長(zhǎng)與直線全長(zhǎng)的比就等于就等于某相的相對(duì)重量某相的相對(duì)重量。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science

36、 and engineering of XAUT4)4)枝晶（晶內(nèi)）偏析枝晶（晶內(nèi)）偏析 形成原因：形成原因：冷卻速度快，固溶冷卻速度快，固溶體的化學(xué)成分來(lái)不體的化學(xué)成分來(lái)不及擴(kuò)散均勻。及擴(kuò)散均勻。定義：定義：在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成分在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱作枝晶偏析。不均勻的現(xiàn)象稱作枝晶偏析。影響影響合金的力學(xué)、合金的力學(xué)、耐蝕、加工等性耐蝕、加工等性能。能。材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUTCu-NiCu-Ni

37、合金的平衡組織與枝晶偏析組織合金的平衡組織與枝晶偏析組織平衡組織：含平衡組織：含Ni30%Ni30%的固溶體的固溶體枝晶偏析組織枝晶偏析組織由由Cu-NiCu-Ni合金的結(jié)晶過(guò)程可知，先結(jié)晶出的含合金的結(jié)晶過(guò)程可知，先結(jié)晶出的含鎳量高，不易被腐蝕，呈亮白色；后結(jié)晶出的鎳量高，不易被腐蝕，呈亮白色；后結(jié)晶出的含銅量高，易被腐蝕，呈黑色。含銅量高，易被腐蝕，呈黑色。 生產(chǎn)中用生產(chǎn)中用“擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火”（均勻化退火）（均勻化退火）加以消除加以消除材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and enginee

38、ring of XAUT（2）共晶相圖）共晶相圖 Pb-Sn Al-Si特點(diǎn)：液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)不能無(wú)限互溶特點(diǎn)：液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)不能無(wú)限互溶; 一一 定成分的液相在一定溫度下同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)定成分的液相在一定溫度下同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)不同成分固相的過(guò)程。不同成分固相的過(guò)程。相相圖圖分分析析材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT合合金金的的結(jié)結(jié)晶晶過(guò)過(guò)程程材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of mater

39、ial science and engineering of XAUT合合金金的的結(jié)結(jié)晶晶過(guò)過(guò)程程材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT合合金金的的結(jié)結(jié)晶晶過(guò)過(guò)程程Pb材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT過(guò)共晶合金的結(jié)晶過(guò)程與亞過(guò)共晶合金的結(jié)晶過(guò)程與亞共晶合金相似，不同的是一共晶合金相似，不同的是一次相為次相為 , 二次相為二次相為 。室溫組織為室溫組織為 +( + )+ 。合合金金的的結(jié)結(jié)晶晶過(guò)過(guò)程程材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT合合金金的的相相組組分分與與組組織織組組分分材料及熱加工工藝第二章 金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT組織組成物在組織組成物在相圖