機(jī)械工程材料 第三章 合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

第三

章

合

金

的

結(jié)

構(gòu)

與

結(jié)

晶合金相的概念及其結(jié)構(gòu)相圖的概念及典型相圖分析合金系

給定組元配制出的一系列合

金

金相顯微組織

金相磨面在顯微鏡下觀(guān)察到的構(gòu)造情況§1

合

金

的

結(jié)

構(gòu)回有關(guān)合金的基本概念合金中具有相同成分、結(jié)構(gòu)、聚集狀態(tài)，合金相(相)

并以界面相互隔開(kāi)的均勻的組成部分組元

組成合金最基本的獨(dú)立物質(zhì)

合金化方法

冶煉、燒結(jié)、噴涂

…合金

…

必須具有金屬特性

1、

固溶體概念

合金組元在固態(tài)能相互溶解所形成的一種均勻的相特征①總是以一種金屬元素為溶劑，另一種或多種元素為溶質(zhì)②保有溶劑的晶格結(jié)構(gòu)③成分可在一定范圍內(nèi)變化，

性能隨成分的變化而變化④產(chǎn)生晶格畸變■

合金的相結(jié)構(gòu)

固

溶

體

的

分

類(lèi)

：置換固溶體間隙固溶體-溶劑原子

-溶質(zhì)原子溶劑原子溶質(zhì)原子晶格類(lèi)型原子尺寸電化學(xué)性

(

電負(fù)性)電子濃度(價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)的比值)固

溶

強(qiáng)

化

：因形成固溶體而使合金強(qiáng)度硬度升高、塑性韌性下降的現(xiàn)象

√

固溶體的形成對(duì)金屬性能的影響

√影

響

固

溶

體

類(lèi)

型

、

溶

解

度

的

因

素固溶強(qiáng)化是金屬材料最主要的一種強(qiáng)化手段●●●●●●●●●●●●

●●●●●●關(guān)

于

固

溶

強(qiáng)

化●●●●●●●●●●●●●●●●●■置換原子和間隙原子在刃位錯(cuò)區(qū)的富集0

0●●①可以用化學(xué)式(AmBn)

表示，但不一定遵守化合價(jià)規(guī)律

VC正常價(jià)化合物：

Mg?Si

Mg?Pb電子價(jià)化合物：

CuZn

Cu?ZngCuZn?2、化合物√概

念：合金組元之間通過(guò)化合作用所形成的一種相對(duì)穩(wěn)定的相金屬化合物——具有金屬性質(zhì)，

直接對(duì)合金性能產(chǎn)生影響非金屬化合物——脆性大，一般為雜質(zhì)Fe?C?合

金

的

相

結(jié)

構(gòu)分類(lèi)：特

征

：間隙化合物：

WC

VCFe?CCr??C?2、

化合物√特

征

：①

可以用化學(xué)式(AmBn)

表示，但不一定遵守化合價(jià)規(guī)律②一定程度上具有金屬的性質(zhì)③晶格結(jié)構(gòu)完全不同于任一組元④

熔點(diǎn)高、硬而脆√

對(duì)合金性能的影響：

彌散強(qiáng)化①

彌

散

分

布

σ、H會(huì)有一定的δ(ψ)、ak

σ、Hδ(ψ)、ak

H

個(gè)

σ、

δ(w)

、dk片狀分布網(wǎng)狀分布②③§2

合

金

的

結(jié)

晶

過(guò)

程

回有關(guān)相圖的基本概念

√影響合金中組織形態(tài)的因素——成分、溫度、壓力√

相圖(狀態(tài)圖)—

—

用圖解的方法表示合金的狀態(tài)(相)

與成分、溫度之間的關(guān)系√相平衡——結(jié)晶或相變過(guò)程中，各相成分及相對(duì)重量不再改

變時(shí)所達(dá)到的一種動(dòng)態(tài)平衡√平衡相圖

相圖的建立(熱分析法)

①

建立合金系②

測(cè)定冷卻曲線(xiàn)，找出相變臨界點(diǎn)③

將各相變點(diǎn)對(duì)應(yīng)在成分—溫度坐標(biāo)圖上，并連接具有相同意義的點(diǎn)相圖的建立過(guò)程(a)Ca-N

合金的凈和曲的(2)

Gm-w合金相

相圖的建立(熱分析法)

√

相圖(狀態(tài)圖)——用圖解的方法表示合金的狀態(tài)(相)

與成分、溫度之間的關(guān)系①建立合金系

②測(cè)量合金的冷卻曲線(xiàn)

③

連接臨界點(diǎn)√相圖的建立過(guò)程A(100%)A(100%)BB>

勻晶相圖√相圖分析√特點(diǎn)——L、

a

兩相均能無(wú)限互溶√合金的結(jié)晶過(guò)程(繪制冷卻曲線(xiàn))√

實(shí)例：

Cu-Ni,

Fe-Cr,Ag-Au,Cr-Mo,W-Mo勻

晶

相

圖

的

結(jié)

晶

過(guò)

程

Wv;(%)典型二元合金相圖確定合金冷卻過(guò)程中L

、

a的成分液相成分沿液相線(xiàn)變化

A固相成分沿固相線(xiàn)變化杠桿定律——確定L

、

a

的相對(duì)重量典型二元合金相圖設(shè)

：m=1

典型二元合金相圖

Cu-30%Ni

合金的非平衡結(jié)晶組織消除方法：

擴(kuò)散退火平衡結(jié)晶的勻晶合金組織√

晶內(nèi)偏析A√

特

點(diǎn)

——液相無(wú)限互溶、固相有限互溶；

E點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)恒溫共晶體B

a:

以Pb為溶劑、Sn為溶質(zhì)的固溶體β:

以Sn為溶劑、

Pb為溶質(zhì)的固溶體Pb

Sn√共晶反應(yīng)

典型二元合金相圖>共

晶

相

圖球狀或短棒狀(Cu-CuO)針狀層片狀(Al-CuAl?,

定向凝固)螺旋狀4-*--*棒狀或條狀(Sb-MnSb,橫截面)共

晶

體

形

貌Fe-C(石墨)的共晶組織(Zn-Mg)*e(Al-Si)回典型二元合金相圖>

共

晶

相

圖√

相

圖

分

析BSnau

(B)/%→

、共

析

相

圖√特點(diǎn)

√共析反應(yīng)典型二元合金相圖d

點(diǎn)

發(fā)

生共析反

應(yīng)√相圖分析1

溫

度

!>

包

晶

相

圖√

特點(diǎn)—

D

點(diǎn)發(fā)生包晶反應(yīng)√包晶反應(yīng)

I

恒溫Al-Zn73合金組織

■典型二元合金相圖

溫度,℃WAg()B回典型二元合金相圖>形

成

穩(wěn)

定

化

合

物

二

元

合

金

的

相

圖w(Si)

|%→溫

度

!

℃100SiMg>

合

金

性

能

與

相

圖

的

關(guān)

系使

用

性

能

與

相

圖

的

關(guān)

系回

典

型

二

元

合

金

相

圖w(B)/%—u(B)/6o(B)可

典

型二

元

合