合金的相結(jié)構(gòu)與相

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1、第三章合金的相結(jié)構(gòu)與相圖第一節(jié)基本概念第二節(jié)合金的相結(jié)構(gòu)第三節(jié)二元合金相圖的建第四節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D第五節(jié)二元共晶相圖第六節(jié)二元包晶相圖第七節(jié)具有共析反應(yīng)的二元合金相圖第八節(jié)合金的性能與相圖的關(guān)系第九節(jié)鐵碳合金相圖學(xué)習(xí)要求1.了解二元?jiǎng)蚓鄨D、二元共晶相圖、二元包晶相圖各個(gè)區(qū)間的組織組成和特征；2.掌握共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)和條件；3.掌握鐵碳合金基本組織的特征和性能，并能結(jié)合晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)進(jìn)行分析、對(duì)比；4.熟練分析鐵碳合金典型7種合金的結(jié)晶過(guò)程，并能夠做到舉一反三；5.了解鐵碳合金的化學(xué)成分、組織狀態(tài)和性能之間的定性關(guān)系；6.了解合金的性能與相圖的關(guān)系。第一節(jié)基本概念合金:由兩種

2、或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素熔合或燒結(jié)而成的具有金屬特性的物質(zhì)。一般前者為熔合合金，后者為燒結(jié)合金.組元:組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)叫組元。一般來(lái)說(shuō)，組元既可以是組成合金的元素，也可以是穩(wěn)定的化合物。合金系:由兩種或兩種以上的組元按不同的比例配制成一系列不同成分的所有合金稱為合金系。相:金屬中具有相同的化學(xué)成分、相同結(jié)構(gòu)和相同物理性能并與其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分，稱為相。組織:是指用金相觀察方法看到的由形態(tài)、尺寸不同和分布方式不同的一種或多種相構(gòu)成的總體。第二節(jié)合金的相結(jié)構(gòu)一、固溶體合金中兩組元在液態(tài)和固態(tài)下都互相溶解，共同形成均勻的固相，這類相稱為固溶體

3、。習(xí)慣以?、?、?表示。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)。置換固溶體:溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。溶質(zhì)原子呈無(wú)序分布的稱無(wú)序固溶體，呈有序分布的稱有序固溶體。置換固溶體間隙固溶體:溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般是過(guò)渡族元素。形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質(zhì)/r劑<0.59。間隙固溶體都是無(wú)序固溶體。間隙固溶體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(duì)位錯(cuò)的釘扎作用。與純金屬相

4、比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。置換固溶體的晶格畸變間隙固溶體晶格畸變二、金屬化合物在合金中，當(dāng)溶質(zhì)含量超過(guò)固溶體的溶解度時(shí)，除了形成固溶體外，還將出現(xiàn)新相。若新相的晶體結(jié)構(gòu)與合金中某一組成元素相同，則新相是以該一組成元素為溶劑的固溶體。若新相的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組成元素，則新相將是組成元素問(wèn)相互作用而生成的一種新的物質(zhì)，即為金屬化合物或稱中間相。1.正常價(jià)化合物——符合正常原子價(jià)規(guī)律。如Mg2Si。2.電子化合物——符合電子濃度規(guī)律。如Cu3Sn。電子濃度為價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)的比值。3.間隙化合物——由過(guò)渡族元素與C

5、、N、B、H等小原子半徑的非金屬元素組成。①間隙相r非/r金?0.59時(shí)，形成具有簡(jiǎn)單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。如M4X(Fe4N)、M2X(Fe2N、W2C)、MX(TiC、VC、TiN)等。簡(jiǎn)單晶格間隙化合物的共同特點(diǎn)，是具有極高硬度和熔點(diǎn)，是硬質(zhì)合金和高溫金屬陶瓷材料的重要組成部分。部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。VC的結(jié)構(gòu)②具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物當(dāng)r非/r金>0.59時(shí)形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物。如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C稱滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格。形成復(fù)雜晶格的間隙化合物，其熔點(diǎn)和硬度較間隙相低，穩(wěn)定性也較差?；衔镆部扇苋肫渌卦樱?/p>

6、形成以化合物為基的固溶體。間隙化合物Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)三、機(jī)械混合物純金屬、固溶體、金屬化合物是組成合金的基本相，由這些基本相按照固定比例構(gòu)成的組織稱為機(jī)械混合物。它可以是兩種或多種純金屬、固溶體、金屬化合物各自組成的機(jī)械混合物，也可以是它們之間的混合物。機(jī)械混合物中的各個(gè)組成相仍然保持各自的晶體結(jié)構(gòu)和性能，一般情況下在金相顯微鏡下可以加以區(qū)別。機(jī)械混合物的性能取決于各組成相的大小、數(shù)量、分布及形狀。工業(yè)生產(chǎn)中大多數(shù)合金是由機(jī)械混合物組成，如鋼、鑄鐵、銅合金、鋁合金等。第三節(jié)二元合金相圖的建立相圖又稱狀態(tài)圖，它表明金屬的相結(jié)構(gòu)或狀態(tài)隨溫度、壓力及成分的改變而發(fā)生變化的情況。由于它

7、只表示金屬在平衡狀態(tài)(那是極緩慢加熱或冷卻條件)下的相結(jié)構(gòu)，所以也稱平衡圖。一、二元合金相圖的表示方法二、二元合金相圖的建立二元合金相圖的坐標(biāo)Cu-Ni二元合金相圖的建立第四節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D勻晶相圖：兩組元在固態(tài)時(shí)形成無(wú)限固溶體，且液態(tài)時(shí)又能完全互溶的合金相圖稱為勻晶相圖。一、相圖分析二、合金的結(jié)晶過(guò)程Cu-Ni合金相圖、冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程分析三、杠桿定律1.兩平衡相及其成分的確定2.兩平衡相相對(duì)質(zhì)量的確定mLar=mαrbmL=rb/ab×100%mα=ar/ab×100%杠桿定