合金及其組織剖析 教學(xué)課件

第三章鐵碳合金§3－1合金及其組織第一頁，共二十頁。黑色金屬——以鐵及以鐵碳為主的合金（鋼鐵）。有色金屬——其他金屬及其合金。第二頁，共二十頁?！?－1合金及其組織一、合金的基本概念二、合金的組織第三頁，共二十頁。一、合金的基本概念

合金——以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過熔合而獲得的具有金屬特性的材料。即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬料。

例如：鋼、鑄鐵都是鐵與碳組成的合金；普通黃銅是銅與鋅組成的合金；硬鋁是鋁、銅、鎂組成的合金等。

組元——組成合金最簡單的、最基本的、能夠獨(dú)立存在的元物質(zhì)，簡稱元。大多數(shù)情況下是金屬或非金屬元素，但在研究范圍內(nèi)既不發(fā)生分解也不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定的化合物也可稱為組元。根據(jù)組成合金組元數(shù)目的多少，合金可分為二元合金、三元合金和多元合金。

例如：普通黃銅就是由銅和鋅兩種組元組成的叫二元合金；硬鋁是由鋁、銅、鎂三組元組成的叫三元合金。

第四頁，共二十頁。相——合金中成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的組成部分。

體系內(nèi)部物理和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分稱為相。體系中相的總數(shù)稱為相數(shù)，用P表示。氣體：一般是一個(gè)相。液體：視其混溶程度而定，可有1、2、3…個(gè)相。固體：有幾種物質(zhì)就有幾個(gè)相，如水泥生料；但如果是固溶體和金屬化合物時(shí)為一個(gè)相。區(qū)別：相和組元不是一個(gè)概念，合金中具有同一化學(xué)成分、同一結(jié)構(gòu)和原子聚集狀態(tài)，并以界面相互分開的、均勻的組成部分；組元是組成合金的基本的獨(dú)立物質(zhì)，可以是金屬和非金屬也可以是化合物。

例如，同時(shí)存在水蒸氣、液態(tài)的水和冰的系統(tǒng)是三相系統(tǒng)，盡管這個(gè)系統(tǒng)里只有一個(gè)組分——水。

第五頁，共二十頁。組織——合金中不同相之間相互組合配置的狀態(tài)。換言之，數(shù)量、大小和分布方式不同的相構(gòu)成了合金不同的組織。

單相組織：單一相構(gòu)成的組織。多相組織：不同相構(gòu)成的組織。組織----材料中的直觀形貌,可以用肉眼觀察到,也可以借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的微觀形貌。分為:

宏觀組織:肉眼或是30倍放大鏡所呈現(xiàn)的形貌；

顯微組織:顯微鏡觀察而呈現(xiàn)的形貌。第六頁，共二十頁。二、合金的組織1．固溶體間隙固溶體置換固溶體2．金屬化合物3．混合物單相組織多相組織按結(jié)合方式分：第七頁，共二十頁。1．固溶體

一種組元的原子溶入另一組元的晶格中所形成的均勻固相。

兩組元在液態(tài)下互溶，固態(tài)也相互溶解，且形成均勻一致的物質(zhì)。固溶體中含量較多的組元稱為溶劑，含量較少的組元稱為溶質(zhì)，固溶體的晶格類型與溶劑組元的晶格類型相同。

第八頁，共二十頁。（1）固溶體的分類

間隙固溶體——溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格中而形成的固溶體。間隙固溶體的溶劑是直徑較大的過渡族金屬，而溶質(zhì)是直徑很小的碳、氫等非金屬元素。其形成條件是溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比必須小于0.59。如鐵碳合金中，鐵和碳所形成的固溶體――鐵素體和奧氏體，皆為間隙固溶體。

第九頁，共二十頁。

間隙固溶體形成條件：溶質(zhì)原子半徑很小而溶劑晶格間隙較大,一般r溶質(zhì)/r溶劑≤0.59時(shí)，才能形成間隙固溶體。第十頁，共二十頁。置換固溶體——溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上某些原子而形成的固溶體。置換固溶體是溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格中的結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體稱置換固溶體。當(dāng)溶劑和溶質(zhì)原子直徑相差不大，一般在15％以內(nèi)時(shí)，元素周期表位置相近，易于形成置換固溶體。銅鎳二元合金即形成置換固溶體，鎳原子可在銅晶格的任意位置替代銅原子。第十一頁，共二十頁。

置換固溶體

形成置換固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的溶解度主要取決于兩者的晶格類型、原子直徑及它們?cè)谪?fù)電性因素。第十二頁，共二十頁。間隙固溶體置換固溶體第十三頁，共二十頁。（2）固溶體的特性1、保持溶劑的晶格特征。2、溶質(zhì)原子溶入導(dǎo)致固溶體的晶格畸變而使金屬強(qiáng)度、硬度提高——即固溶強(qiáng)化，同時(shí)有較好的塑性和韌性。因此常作為結(jié)構(gòu)材料的基本相。

3、在物理性能方面，隨溶質(zhì)原子濃度的增加，固溶體的電阻率下降，電阻升高，電阻溫度系數(shù)減小。第十四頁，共二十頁。（3）固溶體的應(yīng)用

適當(dāng)控制溶質(zhì)含量，可明顯提高強(qiáng)度和硬度，同時(shí)仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以說固溶體一般具有較好的綜合力學(xué)性能。因此要求有綜合力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料，幾乎都以固溶體作為基本相。這就是固溶強(qiáng)化成為一種重要強(qiáng)化方法，在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用的原因。注：形變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、熱處理都是強(qiáng)化金屬的手段。第十五頁，共二十頁。2、金屬化合物定義：合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質(zhì)稱為金屬化合物。金屬化合物的組成一般可用化學(xué)式表示。晶格類型：不同于任一組元，一般具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)。性能特點(diǎn)：“三高一穩(wěn)定”即熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。例如：碳鋼中的Fe3C。第十六頁，共二十頁。金屬化合物的應(yīng)用當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬間化合物時(shí)，通常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但也會(huì)使其塑性和韌性降低，根據(jù)這一特性，絕大多數(shù)的工程材料都將金屬間化合物作為重要的強(qiáng)化相，而不作為基體相。第十七頁，共二十頁。3、混合物定義：兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)。

混合物是由兩種或多種物質(zhì)【由兩種及兩種以上純物質(zhì)(單質(zhì)或化合物)】混合而成的。無固定組成和性質(zhì)，而其中的每種單質(zhì)或化合物都保留著各自原有的性質(zhì)?；旌衔锟梢杂梦锢矸椒▽⑺镔|(zhì)加以分離。沒有經(jīng)化學(xué)合成而組成。屬于多相組織。晶格類型：保持原來各相的晶格類型。性能特點(diǎn)：取決于原來個(gè)組成相的性能，以及它們分布的形態(tài)、數(shù)量及大小。第十八頁，共二十頁?？偨Y(jié)定義晶格類型性能特點(diǎn)固溶體一種組元的原子溶入另一種組元的晶格中所形成的均勻固相保持溶劑的晶格類型固溶強(qiáng)化金屬化合物合金組元之間相互作用形成一種具有金屬特性的物質(zhì)不同于任一組元，具有復(fù)雜的晶格類型三高一穩(wěn)定混合物兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)。保持原來各相的晶格類型取決于各組成相的性能，以及它們分布的形態(tài)、數(shù)量、大小第十九頁，共二十頁。內(nèi)容總結(jié)第三章鐵碳合金。合金——以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過熔合而獲得的具有金屬特性的材料