第四節(jié)+合金的結(jié)構(gòu)與相圖

1、 合金合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能比純金屬高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能比純金屬高許多，在電、磁、化學(xué)穩(wěn)定性等物理化學(xué)性能方面與純許多，在電、磁、化學(xué)穩(wěn)定性等物理化學(xué)性能方面與純金屬相近或更好，這正是合金的應(yīng)用比純金屬廣泛得多金屬相近或更好，這正是合金的應(yīng)用比純金屬廣泛得多的原因。的原因。第四節(jié)第四節(jié) 合金的結(jié)構(gòu)與相圖合金的結(jié)構(gòu)與相圖 純金屬具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性，純金屬具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性，美麗的金屬光澤，但強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能較差，美麗的金屬光澤，但強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能較差，且成本高，數(shù)量有限，因此工程材料除極少數(shù)特殊要求的且成本高，數(shù)

2、量有限，因此工程材料除極少數(shù)特殊要求的采用純金屬外，絕大多數(shù)采用合金。采用純金屬外，絕大多數(shù)采用合金。 合金：合金：一種金屬元素同另一種或幾種其它元素，通過熔化或其它方法結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金合金。 組元：組元：組成合金的獨(dú)立的、最基本的單元叫做組元組元。組組元可以是金屬、非金屬元素或穩(wěn)定化合物。元可以是金屬、非金屬元素或穩(wěn)定化合物。 由兩個(gè)組元組成的合金稱為由兩個(gè)組元組成的合金稱為二元合金，二元合金，例如工程上常用的例如工程上常用的鐵碳合金、銅鎳合金、鋁銅合金等。鐵碳合金、銅鎳合金、鋁銅合金等。 二元以上的合金稱二元以上的合金稱多元合金多元合金有關(guān)合金的基本概念有關(guān)合金

3、的基本概念合金相（相）：合金相（相）：金屬或合金中凡金屬或合金中凡成分相同成分相同、結(jié)構(gòu)相同結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有并與其它部分有界面分開界面分開的均勻組成部分。的均勻組成部分。 如果合金僅由一個(gè)相組成，稱為如果合金僅由一個(gè)相組成，稱為單相合金；單相合金； 如果合金由二個(gè)或二個(gè)以上的不同相所構(gòu)成則稱為如果合金由二個(gè)或二個(gè)以上的不同相所構(gòu)成則稱為多相合金多相合金固態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu)固態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu)液態(tài)物質(zhì)為液態(tài)物質(zhì)為液相，液相，固態(tài)物質(zhì)為固態(tài)物質(zhì)為固相。固相。相與相之間的轉(zhuǎn)變稱為相與相之間的轉(zhuǎn)變稱為相變。相變。在固態(tài)下，在固態(tài)下，物質(zhì)可以是單相的，也可以是由多相組物質(zhì)可以是單相的，也可以是由多相

4、組成的。由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式成的。由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各種相組成合金的組織。不同的各種相組成合金的組織。組織組織是指用肉眼或顯微鏡所觀察到的材是指用肉眼或顯微鏡所觀察到的材料的微觀形貌。由不同組織構(gòu)成的材料料的微觀形貌。由不同組織構(gòu)成的材料具有不同的性能。具有不同的性能。單相單相合金合金兩相兩相合金合金合金中有兩類基本相：合金中有兩類基本相：固溶體固溶體和和金屬化合物。金屬化合物。 1、固溶體：、固溶體：指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型的的合金相合金相 ，這類固相稱為固溶體。習(xí)慣以，這類固相稱為固溶體。習(xí)慣以 、 、 表示。

5、表示。與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑。溶劑。其它元素稱其它元素稱溶質(zhì)。溶質(zhì)。固溶體是合金的重要組成相，實(shí)際合金多是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單相固溶體合金或或以固溶體為基的合金以固溶體為基的合金。特征：特征：總是以一種金屬元素為溶劑，另一種或多種元素為溶質(zhì)?？偸且砸环N金屬元素為溶劑，另一種或多種元素為溶質(zhì)。保有溶劑的晶格結(jié)構(gòu)。保有溶劑的晶格結(jié)構(gòu)。成分可在一定范圍內(nèi)變化，性能隨成分的變化而變化成分可在一定范圍內(nèi)變化，性能隨成分的變化而變化產(chǎn)生晶格畸變。產(chǎn)生晶格畸變。（一）固溶體的結(jié)構(gòu)與分類：（一）固溶體的結(jié)構(gòu)與分類： 按溶質(zhì)原子所處位置分為按溶

6、質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體置換固溶體和和間隙固溶體間隙固溶體。 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)原子呈無序分布的稱的固溶體。溶質(zhì)原子呈無序分布的稱無序固溶體，無序固溶體，呈有序分呈有序分布的稱布的稱有序固溶體。有序固溶體。黃銅置換固溶體組織黃銅置換固溶體組織ZXY置換固溶體置換固溶體置換原子置換原子 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屬元素，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，如如C、N

7、、B等，而溶劑元素一般是過渡族元素。等，而溶劑元素一般是過渡族元素。形成間隙固溶體的一般規(guī)律為形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質(zhì)質(zhì)/r劑劑0.59。間隙固溶體都是無序固溶體。間隙固溶體都是無序固溶體。固溶體類型固溶體類型間隙原子間隙原子間隙固溶體間隙固溶體YXZ 根據(jù)溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度，可把固溶體分為：根據(jù)溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度，可把固溶體分為：有限固溶體：有限固溶體：溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度有一定限制溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度有一定限制（100%）。）。無限固溶體：無限固溶體：溶質(zhì)在溶劑可以任何比例形成置換固溶體，溶質(zhì)在溶劑可以任何比例形成置換固溶體，溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度沒有

8、有限制溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度沒有有限制只有在溶質(zhì)與溶劑元素間形成只有在溶質(zhì)與溶劑元素間形成置換固溶體置換固溶體時(shí)，才有可能形時(shí)，才有可能形成成無限固溶體無限固溶體；而對于間隙固溶體，則只能形成而對于間隙固溶體，則只能形成 有限固溶體有限固溶體。如銅和鋅、如銅和鋅、銅和錫都能形成有限固溶體。銅和錫都能形成有限固溶體。1、 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 一般情況下，晶格結(jié)構(gòu)相同的元素之間具有一般情況下，晶格結(jié)構(gòu)相同的元素之間具有較大的溶解度，而晶格結(jié)構(gòu)不同的元素之間溶較大的溶解度，而晶格結(jié)構(gòu)不同的元素之間溶解度較小。解度較小。影響固溶體結(jié)構(gòu)形式和溶解度的因素影響固溶體結(jié)構(gòu)形式和溶解度的因素2、原子大小、原

9、子大小 d溶劑溶劑-d溶質(zhì)溶質(zhì) 溶劑與溶質(zhì)的原子直徑差別：溶劑與溶質(zhì)的原子直徑差別： 100% d溶劑溶劑當(dāng)二者差別較小時(shí)，即溶劑與溶質(zhì)的原子直徑相近，易形當(dāng)二者差別較小時(shí)，即溶劑與溶質(zhì)的原子直徑相近，易形成置換固溶體，且二者的尺寸差別越小，所形成的固溶體成置換固溶體，且二者的尺寸差別越小，所形成的固溶體的溶解度越大，當(dāng)?shù)娜芙舛仍酱?，?dāng)尺寸差別尺寸差別小于某一數(shù)值時(shí)，而且溶質(zhì)與小于某一數(shù)值時(shí)，而且溶質(zhì)與溶劑的晶格結(jié)構(gòu)也相同，將形成無限固溶體。如溶劑的晶格結(jié)構(gòu)也相同，將形成無限固溶體。如鐵和鉻、鐵和鉻、銅和鎳銅和鎳便能形成無限固溶體。便能形成無限固溶體。而當(dāng)原子而當(dāng)原子尺寸差別尺寸差別大于大于1

10、5%時(shí)，不大可能形成置換固溶體。時(shí)，不大可能形成置換固溶體。溶質(zhì)的原子比溶劑原子大，將周圍溶劑原子將向四周擠出，溶質(zhì)的原子比溶劑原子大，將周圍溶劑原子將向四周擠出，在固溶體的晶格結(jié)構(gòu)中引起在固溶體的晶格結(jié)構(gòu)中引起正畸變。正畸變。溶質(zhì)的原子比溶劑原子小，周圍溶劑原子將向溶質(zhì)原子靠攏，溶質(zhì)的原子比溶劑原子小，周圍溶劑原子將向溶質(zhì)原子靠攏，在固溶體的晶格結(jié)構(gòu)中引起在固溶體的晶格結(jié)構(gòu)中引起負(fù)畸變。負(fù)畸變。因?yàn)樵映叽绮顒e較大時(shí)，形成固溶體所造成的晶格畸變因?yàn)樵映叽绮顒e較大時(shí)，形成固溶體所造成的晶格畸變（無論是正畸變還是負(fù)畸變）較大，晶格畸變能也較大，（無論是正畸變還是負(fù)畸變）較大，晶格畸變能也較大，

11、固溶體晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差。固溶體晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差。同樣，形成同樣，形成間隙固溶體間隙固溶體時(shí)，只能引時(shí)，只能引起固溶體晶格產(chǎn)生起固溶體晶格產(chǎn)生正畸變正畸變，顯然，顯然，溶質(zhì)原子的尺寸越小溶質(zhì)原子的尺寸越小，溶劑晶格的溶劑晶格的間隙尺寸越大間隙尺寸越大，形成間隙固溶體時(shí)，形成間隙固溶體時(shí)所造成的晶格畸變和畸變能越小，所造成的晶格畸變和畸變能越小，間隙固溶體越容易形成，其溶解度間隙固溶體越容易形成，其溶解度也就越大。也就越大。反之，不易形成間隙固溶體。當(dāng)溶質(zhì)原子尺寸較大時(shí)，完反之，不易形成間隙固溶體。當(dāng)溶質(zhì)原子尺寸較大時(shí)，完全不能形成間隙固溶體。全不能形成間隙固溶體。3、 負(fù)電性負(fù)電性負(fù)電性

12、負(fù)電性是指原子從其他原子奪取電子變?yōu)樨?fù)離子的能力。是指原子從其他原子奪取電子變?yōu)樨?fù)離子的能力。當(dāng)兩種元素在周期表中的位置相距越遠(yuǎn)，其負(fù)電性相差越當(dāng)兩種元素在周期表中的位置相距越遠(yuǎn)，其負(fù)電性相差越大，它們之間的化學(xué)親和力越強(qiáng)，越傾向于形成化合物，大，它們之間的化學(xué)親和力越強(qiáng)，越傾向于形成化合物，而不利于形成固溶體，所形成的固溶體的溶解度也越小。而不利于形成固溶體，所形成的固溶體的溶解度也越小。4、電子濃度、電子濃度合金中，價(jià)電子數(shù)目合金中，價(jià)電子數(shù)目e與原子數(shù)目與原子數(shù)目a之比，稱為之比，稱為電子濃度電子濃度e/a。當(dāng)溶質(zhì)原子對固溶體貢獻(xiàn)的價(jià)電子數(shù)與溶劑不同時(shí)，隨著溶當(dāng)溶質(zhì)原子對固溶體貢獻(xiàn)的價(jià)電

13、子數(shù)與溶劑不同時(shí)，隨著溶質(zhì)原子的進(jìn)入，將使固溶體晶格中的質(zhì)原子的進(jìn)入，將使固溶體晶格中的電子濃度電子濃度以及以及電子云結(jié)電子云結(jié)構(gòu)構(gòu)發(fā)生變化，顯然溶質(zhì)原子所占的比率越高，固溶體晶格的發(fā)生變化，顯然溶質(zhì)原子所占的比率越高，固溶體晶格的電子濃度改變越大，達(dá)到一定程度時(shí)，固溶體晶格就不穩(wěn)定，電子濃度改變越大，達(dá)到一定程度時(shí)，固溶體晶格就不穩(wěn)定，易形成新的相。易形成新的相。因此，因此，固溶體只能穩(wěn)定在一定的電子濃度范圍內(nèi)固溶體只能穩(wěn)定在一定的電子濃度范圍內(nèi)，如對于溶，如對于溶劑為劑為1 價(jià)金屬的固溶體，若固溶體具有價(jià)金屬的固溶體，若固溶體具有面心立方晶格面心立方晶格，則極，則極限電子濃度值為限電子濃度

14、值為1.36；若固溶體具有；若固溶體具有體心立方晶格體心立方晶格，則極限，則極限電子濃度值為電子濃度值為1.48。5、溫度、溫度 固溶體的溶解度受溫度的影響較大，一般固溶體的溶解度受溫度的影響較大，一般溫度越高，固溶體的溶解度越大。如，奧氏體溫度越高，固溶體的溶解度越大。如，奧氏體在在727能溶解能溶解0.77%的碳，而在的碳，而在1148則能則能溶解溶解2.11%的碳。的碳。( (四四) )固溶體的性能固溶體的性能 當(dāng)溶質(zhì)元素的含量極少時(shí)，當(dāng)溶質(zhì)元素的含量極少時(shí)，固溶體的性能與溶劑金屬基固溶體的性能與溶劑金屬基本相同。本相同。隨著溶質(zhì)元素含量的升高，隨著溶質(zhì)元素含量的升高，固溶體的性能發(fā)生明

15、顯固溶體的性能發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)在強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性有所下降，變化，表現(xiàn)在強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性有所下降，固固溶強(qiáng)化。溶強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化的機(jī)理：固溶強(qiáng)化的機(jī)理：溶質(zhì)原子溶入后，引起溶劑金屬的晶溶質(zhì)原子溶入后，引起溶劑金屬的晶格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動受到阻礙。格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動受到阻礙。 固溶強(qiáng)化是材料的一種主要的強(qiáng)化途徑。固溶強(qiáng)化是材料的一種主要的強(qiáng)化途徑。 實(shí)踐表明：實(shí)踐表明：適當(dāng)掌握固溶體中的溶質(zhì)含量，可以在提高適當(dāng)掌握固溶體中的溶質(zhì)含量，可以在提高金屬材料的強(qiáng)度、硬度的同時(shí)，使其仍能保持相當(dāng)好的塑性金屬材料的強(qiáng)度、硬度的同時(shí)，使其仍能保持相當(dāng)好的塑性和韌性。和韌性。 例如，向銅中加

16、入例如，向銅中加入19%鎳，可使合金的強(qiáng)度極限由鎳，可使合金的強(qiáng)度極限由220MN/m2升高至升高至380400MNm2，硬度由，硬度由HB44升高至升高至HB70，而塑性仍然保持，而塑性仍然保持=50%。若將銅通過其它途徑。若將銅通過其它途徑(例如例如冷變形時(shí)的加工硬化冷變形時(shí)的加工硬化)獲得同樣的強(qiáng)化效果，其塑性將幾乎完獲得同樣的強(qiáng)化效果，其塑性將幾乎完全喪失。全喪失。 二、金屬間化合物二、金屬間化合物 合金組元之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成晶體結(jié)構(gòu)不同于任一合金組元之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的新相，稱為組元的新相，稱為化合物?；衔?。 如：如：Fe3C, CuZn, Cu5Sn

17、, FeS, MnS 等等 金屬間化合物金屬間化合物 一般化合物一般化合物離子鍵離子鍵金屬鍵金屬鍵 金屬間化合物可以作為合金的組成相（強(qiáng)化相），而金屬間化合物可以作為合金的組成相（強(qiáng)化相），而非金屬化合物在合金中大多屬于有害雜質(zhì)。如非金屬化合物在合金中大多屬于有害雜質(zhì)。如FeS 在鋼中在鋼中引起熱脆。引起熱脆。 合金中，溶質(zhì)含量超過固溶體的溶解度時(shí)將出現(xiàn)新相，合金中，溶質(zhì)含量超過固溶體的溶解度時(shí)將出現(xiàn)新相，如新相的晶格結(jié)構(gòu)與合金中另一組成元素相同，則新相是如新相的晶格結(jié)構(gòu)與合金中另一組成元素相同，則新相是以另一組元素為溶劑的固溶體。新相的晶格結(jié)構(gòu)不同于任以另一組元素為溶劑的固溶體。新相的晶格結(jié)

18、構(gòu)不同于任一組成元素，則新相是組成元素間相互作用而生成的一種一組成元素，則新相是組成元素間相互作用而生成的一種新物質(zhì)，屬于化合物。新物質(zhì)，屬于化合物。1、金屬間化合物的組織與性能特點(diǎn)、金屬間化合物的組織與性能特點(diǎn)金屬間化合物金屬間化合物具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆，其具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆，其在合金中的分布形態(tài)對合金的性能影響很大，當(dāng)金屬間化在合金中的分布形態(tài)對合金的性能影響很大，當(dāng)金屬間化和物以和物以大塊狀或成片狀大塊狀或成片狀形態(tài)分布時(shí)，合金的強(qiáng)度、塑性均形態(tài)分布時(shí)，合金的強(qiáng)度、塑性均很差；當(dāng)金屬間化合物呈很差；當(dāng)金屬間化合物呈彌散狀質(zhì)點(diǎn)彌散狀質(zhì)點(diǎn)分布時(shí)，合金的強(qiáng)度分布時(shí)

19、，合金的強(qiáng)度高，塑性、韌性較好。高，塑性、韌性較好。2、金屬間化合物的種類、金屬間化合物的種類a、正常價(jià)化合物：、正常價(jià)化合物：服從原子價(jià)規(guī)律，負(fù)電性因素起主要服從原子價(jià)規(guī)律，負(fù)電性因素起主要 作用，這類化合物成份固定，可用化學(xué)式表示，不能形成作用，這類化合物成份固定，可用化學(xué)式表示，不能形成化合物基固溶體，具有很高的硬度和脆性?；衔锘倘荏w，具有很高的硬度和脆性。 如：如：Mg2Si, Mg2Sn, Mg2Pb 等。等。b、電子化合物：、電子化合物：不遵守原子價(jià)規(guī)律，而服從電子濃度規(guī)律，不遵守原子價(jià)規(guī)律，而服從電子濃度規(guī)律，即當(dāng)合金的電子濃度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，便形成具有某種即當(dāng)合金的電子濃度

20、達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，便形成具有某種結(jié)構(gòu)的化合物。結(jié)構(gòu)的化合物。一般：一般： 電子濃度電子濃度=3/2（21/14），形成體心立方晶格的），形成體心立方晶格的相相電子濃度電子濃度=21/13， 形成復(fù)雜立方晶格的形成復(fù)雜立方晶格的相相電子濃度電子濃度=7/4（21/12），形成密排六方晶格的），形成密排六方晶格的相相但電子濃度不是決定電子化合物結(jié)構(gòu)的唯一因素，組但電子濃度不是決定電子化合物結(jié)構(gòu)的唯一因素，組成元素的成元素的原子大小原子大小及其及其電化學(xué)性質(zhì)，電化學(xué)性質(zhì)，對其結(jié)構(gòu)也有影對其結(jié)構(gòu)也有影響。響。電子化合物的成分電子化合物的成分不是固定的，而在一定范圍內(nèi)變化，電不是固定的，而在一定范圍內(nèi)變化

21、，電子化合物可以溶解一定量的組元，形成以子化合物可以溶解一定量的組元，形成以電子化合物為基電子化合物為基的固溶體。的固溶體。電子化合物晶格電子化合物晶格中各組成元素的原子間多呈無序分布。但中各組成元素的原子間多呈無序分布。但有些合金電子化合物自高溫冷卻到某一溫度以下時(shí)，將轉(zhuǎn)有些合金電子化合物自高溫冷卻到某一溫度以下時(shí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚍植?。變?yōu)橛行蚍植肌ｋ娮踊衔镫娮踊衔锏娜埸c(diǎn)和硬度都很高，但塑性很差，因此與正的熔點(diǎn)和硬度都很高，但塑性很差，因此與正常價(jià)化合物一樣，一般只能作為強(qiáng)化相存在于合金中。常價(jià)化合物一樣，一般只能作為強(qiáng)化相存在于合金中。 C、間隙化合物：、間隙化合物：由原子直徑較大的過渡

22、族元素與原子直由原子直徑較大的過渡族元素與原子直徑很小的徑很小的C、N、B等元素組成，過渡族元素的原子占據(jù)晶等元素組成，過渡族元素的原子占據(jù)晶格的正常位置，尺寸較小的非金屬元素原子有規(guī)則地嵌入格的正常位置，尺寸較小的非金屬元素原子有規(guī)則地嵌入晶格空隙中，形成晶格空隙中，形成間隙化合物間隙化合物。 間隙相（簡單晶格結(jié)構(gòu)）間隙相（簡單晶格結(jié)構(gòu)） 當(dāng)非金屬元素原子與過渡族金屬元素原子直徑的比值當(dāng)非金屬元素原子與過渡族金屬元素原子直徑的比值（d非非/d過過）0.59時(shí)，形成的間隙化合物一般具有時(shí)，形成的間隙化合物一般具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，稱為復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，稱為間隙化合物間隙化合物。 如：如：Fe3C,

23、 dC/dFe =0.61, 正交晶格正交晶格 Fe3C稱稱滲碳體，滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格。格。滲碳體滲碳體( Fe3C )晶格結(jié)構(gòu)示意圖晶格結(jié)構(gòu)示意圖間隙相間隙相VC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立一、一、 基本概念基本概念 1、相圖：、相圖：合金系的溫度合金系的溫度-成分圖，表示合金系中各個(gè)成分圖，表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過程的平衡圖（或狀態(tài)圖）。合金的結(jié)晶過程的平衡圖（或狀態(tài)圖）。 2、相平衡：、相平衡：在合金系中，參與結(jié)晶或相變過程的各相在合金系中，參與結(jié)晶或相變過程的各相之間的相對重量和相的濃度不再改變時(shí)所達(dá)到的

24、一種平之間的相對重量和相的濃度不再改變時(shí)所達(dá)到的一種平衡狀態(tài)。衡狀態(tài)。 3、相變：、相變：一種相轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌嗟倪^程。一種相轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌嗟倪^程。 相圖中的相圖中的線條（相線）線條（相線）表示相轉(zhuǎn)變溫度和平衡相的成分。表示相轉(zhuǎn)變溫度和平衡相的成分。被相線所劃分的區(qū)域稱為被相線所劃分的區(qū)域稱為相區(qū)。相區(qū)。圖圖3-9 Pb-Sn相圖相圖 根據(jù)合金相圖：根據(jù)合金相圖：1）看到不同成分的合金）看到不同成分的合金在室溫下的平衡組織；在室溫下的平衡組織；2）可以了解它從高溫液）可以了解它從高溫液態(tài)以極緩慢冷卻速度冷卻態(tài)以極緩慢冷卻速度冷卻到室溫所經(jīng)歷的各種相變到室溫所經(jīng)歷的各種相變過程；過程；3）能預(yù)測其性能

25、的變化）能預(yù)測其性能的變化規(guī)律。規(guī)律。相圖已成為研究合金中相圖已成為研究合金中各各種組織形成和變化規(guī)律種組織形成和變化規(guī)律的的重要工具。重要工具。 二、二元合金相圖的建立方法二、二元合金相圖的建立方法臨界點(diǎn)：臨界點(diǎn)：合金從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)的合金從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)的 起始溫度起始溫度。 物理意義相同的臨界點(diǎn)連接起來就構(gòu)成物理意義相同的臨界點(diǎn)連接起來就構(gòu)成 相線，所以相圖的建立就是測定不同成分合相線，所以相圖的建立就是測定不同成分合 金的臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)的測定是通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行金的臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)的測定是通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行 的，常用的方法有的，常用的方法有熱分析法，熱分析法，X射線分析法，射線分

26、析法， 金相組織法，硬度法，電阻法，熱膨脹法，金相組織法，硬度法，電阻法，熱膨脹法， 磁性法磁性法等。等。1、配制不同成分的合金、配制不同成分的合金 精確測定一個(gè)相圖常需要選用幾種方法相互配合，取精確測定一個(gè)相圖常需要選用幾種方法相互配合，取長補(bǔ)短。長補(bǔ)短。 熱分析法是常用的方法，它是通過測定合金的冷卻曲熱分析法是常用的方法，它是通過測定合金的冷卻曲線來測定臨界點(diǎn)，具體步驟如下：線來測定臨界點(diǎn)，具體步驟如下：2、分別測出其中合金的冷卻曲線，得到相變臨界點(diǎn)、分別測出其中合金的冷卻曲線，得到相變臨界點(diǎn)3、將臨界點(diǎn)對應(yīng)地繪在成分、將臨界點(diǎn)對應(yīng)地繪在成分-溫度圖上溫度圖上4、將同類臨界點(diǎn)連接起來，即可

27、繪出該合金系的相圖。、將同類臨界點(diǎn)連接起來，即可繪出該合金系的相圖。CuNiABLL+溫度溫度kt x112233 44 Cu-Ni 合金相圖合金相圖杠桿定理杠桿定理PbSnabcdefgLL+L+Pb-Sn 合金相圖 + 分析二元合金相圖時(shí)應(yīng)注意以下規(guī)律：分析二元合金相圖時(shí)應(yīng)注意以下規(guī)律：1、 相圖中的每一點(diǎn)都代表某一成分的合金在某相圖中的每一點(diǎn)都代表某一成分的合金在某 一溫度下所處的狀態(tài)，也稱為一溫度下所處的狀態(tài)，也稱為表象點(diǎn)表象點(diǎn)。2、 單相區(qū)中，相的成分即是合金的成分。單相區(qū)中，相的成分即是合金的成分。3、 兩個(gè)單相區(qū)之間一定存在著一個(gè)兩相過渡區(qū)兩個(gè)單相區(qū)之間一定存在著一個(gè)兩相過渡區(qū)，

28、 在兩相過渡區(qū)中，兩相處于平衡狀態(tài)，兩相在兩相過渡區(qū)中，兩相處于平衡狀態(tài)，兩相 的成分可以由通過表象點(diǎn)的水平線與兩相區(qū)的成分可以由通過表象點(diǎn)的水平線與兩相區(qū) 的邊界線的交點(diǎn)來決定，兩相的相對質(zhì)量可的邊界線的交點(diǎn)來決定，兩相的相對質(zhì)量可 用杠桿定律計(jì)算。用杠桿定律計(jì)算。4、 二元合金相圖中，三相平衡共存，表現(xiàn)為一二元合金相圖中，三相平衡共存，表現(xiàn)為一 水平線。水平線。 xxkxQL xxkxQakxkxQQLa QLQkxxk與力學(xué)中的杠桿定律完全類似與力學(xué)中的杠桿定律完全類似于是：于是：也即：也即：二、杠桿定律的適用范圍二、杠桿定律的適用范圍 二元平衡相圖 兩相平衡區(qū)注意：注意：杠桿定律不能用

29、于三相平衡區(qū)！杠桿定律不能用于三相平衡區(qū)！ 二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨D 當(dāng)兩組元在當(dāng)兩組元在液相液相和和固相固相均均無限互溶無限互溶時(shí)時(shí)，構(gòu)成的合金系構(gòu)成的合金系相圖為二元?jiǎng)蚓鄨D相圖為二元?jiǎng)蚓鄨D。屬于此類的合金系有屬于此類的合金系有：Cu-Ni, Cu-Au, Au-Ag, Fe-Ni, W-Mo, Ti-Zr, Bi- Sb 等。等。二元?jiǎng)蚓Ш辖鸾Y(jié)晶過程分析二元?jiǎng)蚓Ш辖鸾Y(jié)晶過程分析液相區(qū)液相區(qū)一定成分的合金一定成分的合金液液-固兩相區(qū)固兩相區(qū)固相區(qū)固相區(qū)二元共晶相圖二元共晶相圖 當(dāng)合金的二組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，當(dāng)合金的二組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，在固態(tài)時(shí)有限互溶，且發(fā)生共晶反應(yīng)，在固態(tài)時(shí)有限互

30、溶，且發(fā)生共晶反應(yīng)，此合金系的相圖為二元共晶相圖。此合金系的相圖為二元共晶相圖。 屬于此類相圖的合金系有：屬于此類相圖的合金系有：Pb-Sn, Al-Si, Al-Sn, Au-Pt 等。等。PbSnabcdefgLL+L+亞共晶合金共晶合金過共晶合金IIIIIIPb-Sn 合金相圖一、相圖分析一、相圖分析 合金系有兩種有限固溶體：合金系有兩種有限固溶體：以以Pb 為溶劑，為溶劑，以以Sn 為溶質(zhì)的為溶質(zhì)的固溶體固溶體；以以Sn 為溶劑，以為溶劑，以Pb 為溶質(zhì)的為溶質(zhì)的固溶體固溶體。ced 水平線水平線-共晶反應(yīng)線：共晶反應(yīng)線： 發(fā)生恒溫反應(yīng)發(fā)生恒溫反應(yīng) Lec+d注意：在共晶線注意：在共晶

31、線ced 上屬于三相平衡區(qū)上屬于三相平衡區(qū)該合金系有兩類合金：該合金系有兩類合金： 固溶體合金固溶體合金 共晶型合金共晶型合金c點(diǎn)以左，點(diǎn)以左，d點(diǎn)以右的合金屬于點(diǎn)以右的合金屬于固溶體型合固溶體型合金金；cd 之間的合金為之間的合金為共晶型合金共晶型合金，其中，其中，e點(diǎn)以左為點(diǎn)以左為亞共晶合金亞共晶合金，e點(diǎn)以右為點(diǎn)以右為過共晶過共晶合金合金，e點(diǎn)合金為點(diǎn)合金為共晶合金共晶合金。二元包晶合金相圖二元包晶合金相圖 當(dāng)合金的二組元在當(dāng)合金的二組元在液態(tài)時(shí)無限互溶液態(tài)時(shí)無限互溶，在在固態(tài)時(shí)有限互溶固態(tài)時(shí)有限互溶，形成有限固溶體且，形成有限固溶體且發(fā)生發(fā)生包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)，此合金系的相圖為二元，此合金系的相圖為二元包晶相圖包晶相圖。屬于此類相圖的合金系有屬于此類相圖的合金系有：