第二章金属的晶体构造分析.ppt

固溶体的溶解度 溶解度——溶质原子溶入固溶体中的数量称为固溶体的浓度，在一定条件下的极限浓度叫做溶解度。 有限固溶体——如果固溶体的溶解度有一定的限度，这叫做有限固溶体。 无限固溶体——但是，当置换固溶体的溶质原子与溶剂原子直径差别很小，且晶体结构相同，在周期表中的位置又靠得较近，则它们就有可能以任何成分比例形成固溶体，这种固溶体叫做无限固溶体。 固溶体的性能 无论是置换固溶体还是间隙固溶体，由于溶质原子尺寸与溶剂原子不同，其晶格都会产生畸变。 由于晶格畸变增加了位错移动的阻力，使滑移变形难以进行，因此固溶体的强度和硬度提高，塑性和韧性则有所下降。  这种通过溶入某种溶质元素来形成固溶体而使金属的强度、硬度提高的现象称为固溶强化。 化合物 金属化合物—— 金属化合物一般熔点较高, 硬度高, 脆性大。合金中含有金属化合物时, 强度、硬度和耐磨性提高, 而塑性和韧性降低。 根据金属化合物的形成规律及结构特点，可将其分为正常价化合物、电子化合物及间隙化合物三大类型。 合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相即为金属化合物, 或称中间相。 混合物 混合物是纯金属、固溶体或金属化合物按一定重量比例组成的均匀物质。混合物中各组成部分仍按自己原来的晶格形式，在显微镜下可以明显区别各部分的组织。 五、 二元合金相图的概念 合金在液态时一般呈均匀的溶液，在结晶冷却后往往是固溶体、固溶体与化合物、几种固溶体与化合物组成的多相组织。 生产上往往要知道某合金系随着成分的变化，组织和性能发生什么样的变化；随着温度的变化，组织和性能发生什么样的变化，解决这些问题，必须了解相图。 合金相图的几个概念 相图—— 组元—— 合金系—— 平衡—— 是描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的一种图解，又称为状态图。利用相图可以知道不同成分的材料在不同温度下存在哪些相、各相的相对量、成分及温度变化时所可能发生的变化。 通常把组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质称为组元。 由给定组元可以配制成一系列成分不同的合金，这些合金组成一个合金系统，称为合金系。 是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成分和相对重量不再变化所达到一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认为是平衡的结晶过程。 相图就是以温度为纵坐标，以成分为横坐标，表明合金系中的各种合金在不同温度下由哪些相构成，以及这些相之间平衡关系的图形，固相图又称平衡图或状态图。 二元相图的建立 测定二元相图最常用的方法是热分析法。现在以Cu—Ni合金系为例，说明用热分析法建立相图的具体步骤。 步骤如下： 1)配制几组成分不同的Cu-Ni合金； 2)测定上述合金的冷却曲线； 3)找出上述合金的临界点（冷却曲线上的转折点）； 4)将各临界点坐标在以温度为纵坐标，以成分为横坐标的图中，将同类临界点连接起来，即得到Cu-Ni合金相图。 上临界点——开始结晶的温度 下临界点——结晶终了的温度 液相线——上临界点的连线，表示合金开始结晶的温度。 固相线——下临界点的连线，表示合金结晶终了的温度。 铜镍合金相图比较简单，实际上多数合金的相图很复杂。但是，任何复杂的相图都是由一些简单的基本相图组成的。下面介绍几个基本的二元相图。 匀晶相图 两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图，称为二元匀晶相图。 具有这种相图的合金有Cu-Ni、 Fe-Ni、Au-Ag 等合金系。 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 纯铜熔点 纯镍熔点 液相线 固相线 液相区 固相区 液固两相区 冷却到α4点时，合金全部转变为α固溶体，在l1点与α4点之间，液相和固相两相共存。 若继续从α4点冷却到室温，合金只是温度的降低，组织和成分不再变化，为单一的α固溶体。 当合金缓慢冷却至l1点以前时，均为单一的液相，成分不发生变化，只是温度的降低。冷却到l1点时，开始从液相中析出α固溶体 T T 结晶过程中成分的变化——在液固两相共存区，随着温度的降低，液相的量不断↓，固相的量不断↑，同时液相和固相的成分也将通过原子的扩散不断改变。 当合金的温度在t1～t4之间时，液相的成分是温度水平线与液相线的交点，固相的成分是温度水平线与固相线的交点。 由此可见，在两相共存区，液相的成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。这对于其他性质相同的两相区也是一样，即相互处于平衡状态的两个相的成分，分别沿两相区的两条边界相线变化。 共晶相图 两组元在液态无限互溶，固态有限互溶、或完全不互溶，且冷却过程中形成共晶组织的相图