第3章-合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

重點(diǎn)：1．合金的相結(jié)構(gòu)2．二元合金的結(jié)晶3．相圖應(yīng)用難點(diǎn)：1．合金的相結(jié)構(gòu)2．相圖的分析第三章合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶黃銅一、基本概念合金：

指由兩種或兩種以上金屬元素，或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：

合金中最基本的，獨(dú)立的單元。一般為元素。合金系中組元相互作用可形成不同的相。第一節(jié)合金的結(jié)構(gòu)單相合金兩相合金相：是指金屬或合金中成分、性能及結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。顯微組織：是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。相組成組織，組織決定性能。例：在鋼中，F(xiàn)（鐵素體相）和Fe3C（滲碳體相）兩相可構(gòu)成一種珠光體組織（P）：

P=F+Fe3CFe3C形狀：片狀和球狀。當(dāng)Fe3C為片狀時，構(gòu)成P片狀：

HB≈200、δ=15%、Ψ=30%；當(dāng)Fe3C為球狀時，構(gòu)成P球狀，：HB≈163、δ=20%、Ψ=40%；片狀珠光體球狀珠光體Cu-Ni置換固溶體Fe-C間隙固溶體二、合金的相結(jié)構(gòu)（一）固溶體

1.概念：合金的組元之間以不同比例相互混合后形成的固相，其晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑。其它元素稱溶質(zhì)。2.分類：按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。3固溶體的溶解度溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。溶解度有一定限度的固溶體稱有限固溶體。組成元素?zé)o限互溶的固溶體稱無限固溶體。組成元素原子半徑、電化學(xué)特性相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可能形成無限固溶體。間隙固溶體都是有限固溶體。Cu-Ni無限固溶體Cu-Zn有限固溶體固溶體化合物4固溶體的性能隨溶質(zhì)含量增加,固溶體的強(qiáng)度、硬度增加,塑性、韌性下降—固溶強(qiáng)化。產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變及對位錯的釘扎作用。與純金屬相比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度低，而塑性和韌性則高很多。（二）金屬化合物合金中晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱金屬化合物。金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成。鐵碳合金中的Fe3C當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時，可提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低塑性。1、正常價化合物2、電子化合物3、間隙化合物

間隙相：r非/r金0.59。

間隙化合物：當(dāng)r非/r金>0.59。如滲碳體Fe3C，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格。Fe3C的晶格合金相圖：是用圖解的方法表示不同成分、溫度下合金中相的平衡關(guān)系，即成分-溫度-相三者關(guān)系。由于相圖是在極其緩慢的冷卻條件下測定的,又稱為平衡相圖。相圖主要作用：1、探討成分-相-組織-性能之間的變化規(guī)律，2、指導(dǎo)新材料的研制及加工工藝的制訂。第二節(jié)合金的結(jié)晶過程

Cu-Ni合金相圖一、二元相圖的建立

1、方法：最常用的是熱分析法。1）配制一系列成分不同的合金2）測出上述合金的冷卻曲線；3）根據(jù)各冷卻曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)確定合金的臨界點(diǎn)；4）建立溫度-成分坐標(biāo)系，將臨界點(diǎn)標(biāo)在相圖坐標(biāo)系中的相應(yīng)位置上，最后把各意義相同的臨界點(diǎn)連起來。2、主要步驟：（以Cu-Ni合金為例）1.相圖分析1）組元2）點(diǎn)3）線4）區(qū)LL+成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi液相線固相線

——兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶時形成的相圖。二、勻晶相圖L→L+α

→α2勻晶相圖結(jié)晶過程分析：室溫組織為固溶體3、杠桿定律QL+Q=1QL·x1+Q·x2=x·1設(shè)合金的重量為1，液、固相重量為QL、Q則：當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶,并發(fā)生共晶反應(yīng)時所構(gòu)成的相圖稱作共晶相圖。以Pb-Sn相圖為例進(jìn)行分析。三、共晶相圖1.相圖分析1）組元2）點(diǎn)3）線4）區(qū)2、Pb-Sn共晶合金的結(jié)晶過程L→L+α

→α→α+Ⅱ室溫組織為+Ⅱ1）含Sn量小于C點(diǎn)合金(Ⅰ合金)的結(jié)晶過程19.2wt%Sn溫度,℃1’2）共晶合金(Ⅱ合金)的結(jié)晶過程L→（α+）→（α+Ⅱ+

+αⅡ）室溫組織為（α+Ⅱ

+

+αⅡ）L→L+α

→（α+）+α

→（α+

）+

α

+Ⅱ室溫組織為（α+

）+α+Ⅱ3）亞共晶合金(Ⅲ合金)的結(jié)晶過程室溫組織為（α+

）++αⅡ

L→L+→（α+）+

→（α+

）++αⅡ4）過共晶合金(Ⅳ合金)的結(jié)晶過程3、組織組成物在相圖上的標(biāo)注組織組成物相組成物

——當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶，并發(fā)生包晶反應(yīng)時所構(gòu)成的相圖稱作包晶相圖。L+L+L+組元、點(diǎn)、線、區(qū)四、包晶相圖LC+P→βD1.相圖分析2、合金的結(jié)晶過程①

包晶成分合金：勻晶包晶二次析出。室溫組織為β+II②PD成分合金：勻晶包晶二次析出。室溫組織為+βII+β+II時間溫度③DC成分合金：勻晶包晶勻晶二次析出室溫組織為β+II。時間溫度共析轉(zhuǎn)變也是固態(tài)相變。最常見的共析轉(zhuǎn)變是鐵碳合金中的珠光體轉(zhuǎn)變:S→

P+Fe3C共析反應(yīng)(共析轉(zhuǎn)變)是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時析出兩個成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過程。PS五、共析相