金屬學(xué)與熱處理-第3章-純金屬與合金

第3章純金屬與合金的基本知識第一節(jié)純金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)一、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體與非晶體。晶體：指在其內(nèi)部原子按一定幾何規(guī)律作有規(guī)則的周期性排列的物質(zhì)。各向異性。非晶體：內(nèi)部的原子是無規(guī)則地堆積在一起。各向同性。（一）晶格晶格：用以描述原子在晶體中排列形式的空間格架

（二）晶胞晶胞：能夠完全反映晶格結(jié)構(gòu)特征的最小的幾何單元。（三）金屬中常見的晶格類型1.體心立方晶格a=b=c，α=β=γ=90°，體心立方晶格結(jié)構(gòu)的金屬α-Fe、Cr、W、Mo、V等。2.面心立方晶格a=b=c，α=β=γ=90°，面心立方晶格的金屬有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。3.密排六方晶格a=b≠c，α=β=90°，γ=120°，密排六方晶格的金屬有Mg、Zn、Cd、Be等。致密度：體心立方晶格的致密度為68％；面心立方晶格和密排六方晶格的致密度均為74％。二、純金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（一）多晶體結(jié)構(gòu)晶粒、晶界、顯微組織（二）晶體缺陷分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。1.點(diǎn)缺陷空位和間隙原子2.線缺陷位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)金屬強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系3.面缺陷晶界和亞晶界。晶粒大小與金屬力學(xué)性能之間的關(guān)系。三、合金的晶體結(jié)構(gòu)（一）合金的基本概念合金：由兩種或兩種以上的金屬元素（或金屬與非金屬元素）組成的，具有金屬特性的物質(zhì)。組元合金系相組織（二）合金的相結(jié)構(gòu)固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)：固溶體、金屬化合物。1.固溶體合金在固態(tài)下，組元間能相互溶解而形成的均勻相。固溶體的分類：置換固溶體和間隙固溶體。（1）置換固溶體無限固溶體、有限固溶體。（2）間隙固溶體間隙固溶體都是有限固溶體。形成間隙固溶體的條件：r溶質(zhì)/r溶劑≤0.59。固溶強(qiáng)化。2.金屬化合物金屬化合物的晶格類型和性能完全不同于任一組元。金屬化合物的性能：高熔點(diǎn)、硬度和穩(wěn)定性，但脆性較大。彌散強(qiáng)化。第二節(jié)純金屬與合金的結(jié)晶結(jié)晶：金屬與合金由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程中。一、純金屬的結(jié)晶過程（一）冷卻曲線和過冷現(xiàn)象純金屬的冷卻曲線。過冷現(xiàn)象：金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差：△T＝T0－Tn（二）純金屬的結(jié)晶過程純金屬的結(jié)晶過程：晶核的不斷形成和長大的過程。枝晶（三）金屬晶粒大小與控制金屬晶粒的大小對常溫下金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性的影響。影響金屬結(jié)晶后晶粒的大小的因素：形核率N和長大速率G。在工業(yè)生產(chǎn)中，常采用以下方法：1.增大過冷度2.變質(zhì)處理3.附加振動二、合金的結(jié)晶與二元合金相圖合金相圖：表示在平衡狀態(tài)下（緩慢冷卻或緩慢加熱條件下），合金的組成相、溫度、成分三者之間關(guān)系的圖形。又稱為合金平衡圖或合金狀態(tài)圖。（一）合金的結(jié)晶合金的冷卻曲線

（二）二元合金相圖1.二元合金相圖的表示方法2.二元合金相圖的建立（三）二元合金相圖的基本類型及應(yīng)用二元?jiǎng)蚓鄨D和二元共晶相圖。

1.二元?jiǎng)蚓鄨D

二元合金系中，兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均可以任何比例相互溶解所構(gòu)成的合金相圖。

（1）相圖分析（2）合金冷卻過程分析（3）杠桿定律作用確定任一成分的合金在某一溫度下，兩個(gè)平衡相的化學(xué)成分和每個(gè)的相對量。①兩平衡相成分的確定②兩平衡相相對量的確定

mL＋mα＝mmL·x1%＋mα·x2%＝m·x%液、固兩相的相對量

（4）枝晶偏析2.二元共晶相圖

凡是在二元合金系中兩組元在液態(tài)能完全互溶，而固態(tài)下相互有限溶解或是不溶，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的相圖。如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Au-Cu等。（1）相圖分析Pb-Sn二元共晶合金相圖。特性點(diǎn)、特性線共晶轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩種成分不同固相的轉(zhuǎn)變。（2）典型Pb-Sn合金的冷卻過程分析①合金Ⅰ（E、D點(diǎn)之間的合金）二次β（或次生β相），用βⅡ表示。合金冷卻到室溫時(shí)的組織為α＋βⅡ。成分位于F~G點(diǎn)之間的合金，室溫的組織為β＋αⅡ。②合金Ⅱ（C點(diǎn)的合金）共晶合金，室溫組織為（α＋β）共晶體。③合金Ⅲ（C、E點(diǎn)之間的合金）亞共晶合金室溫組織為α初生＋βⅡ+（α＋β）。④合金Ⅳ（C、F點(diǎn)之間的合金）過共晶合金室溫的組織為β初生＋αⅡ