第2章 二元合金的相图与结晶.ppt

2.1合金中的相 合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。 组成合金的元素可以是全部是金属，也可是金属与非金属。组成合金的元素相互作用可形成不同的相。 与纯金属比，合金的力学性能高得多且种类多。 组元：组成合金独立的、最基本的单元。 组元包括 二元合金：由两个组元组成的合金。 合金的组成元素 稳定化合物：固定的熔点和成分，不易分解。 第2章 二元合金的相图及结晶 所谓相是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。 显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。 固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。 ⑴ 固溶体 固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相。习惯以、、表示。 与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。 固溶体是合金的重要组成相，实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。 固溶体的溶解度：溶质原子在固溶体中的极限浓度。 固溶体的分类： a、置换固溶体：溶质原子取代溶剂原子的位置， 但整个结构仍然是溶剂的晶体结构。 b、间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子的间隙 位置中。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂0.59。 a、有限固溶体：在一定的条件下，溶质在固溶体中存在一极限浓度，如超过此浓度则有其它相形成。 b、无限固溶体：溶质可以任意比例溶入到溶剂中，最高可达100%。 （只能是置换固溶体）组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。 a 、有序固溶体：溶质原子在固溶体中有规律的分布。 （只能是置换固溶体） b、无序固溶体：溶质原子在固溶体中无规律的分布。 ① 置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的称有序固溶体。 ② 间隙固溶体 溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金 属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。 形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂0.59。 间隙固溶体都是无序固溶体和有限固溶体。 ③ 固溶体的性能 随溶质含量增加, 固溶体的强度、硬度增加, 塑性、韧性下降—固溶强化。 产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。 与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。故固溶体的综合力学性能较好，多为合金的基体相。 ⑵ 金属化合物 合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。 金属化合物也是合金的重要组成相。 弥散强化：金属化合物硬而脆，当其以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度增加，而塑性、韧性降低不多的现象。 故金属化合物多为合金的强化相（也称第二相）。 ① 正常价化合物—符合正常原子价规律。如Mg2Si ② 电子化合物—符合电子浓度规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与原子数的比值。 ③ 间隙化合物—由过渡族元素与C、N、O、B、H等小原子半径的非金属元素组成。 a. 间隙相：r非/r金0.59时形 成的具有简单晶格结构的间隙化合物。如 M4X (Fe4N)、 M2X (Fe2N、 W2C)、 MX (TiC、VC、TiN)等。 间隙相具有金属特征和极高的硬度及熔点，非常稳定。 部分碳化物和所有氮化物属于间隙相。 b. 具有复杂结构的间隙化合物 当r非/r金0.59时形成复杂结构间隙化合物。 如FeB、Fe3C、Cr23C6等。 Fe3C称渗碳体，是钢中重要组成相，具有复杂斜方晶格。 化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物为基的固溶体。 2.2二元合金相图的建立 合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析. 相图（平衡图、状态图）：平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。 根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。 合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。 （补充）相率 恒压下：f=c-p+1 f：自由度数