二元合金的相結(jié)構(gòu)與合金

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1、第三章二元合金的相結(jié)構(gòu)與合金本章重點與難點：①合金的相結(jié)構(gòu)；②二元合金相圖的建立及杠桿定律；③幾種典型而元合金相圖及合金的結(jié)晶：勻晶、共晶、包晶相圖等；④二元合金相圖的分析及使用。?內(nèi)容提要：相圖就是用來表示系統(tǒng)中相的狀態(tài)與成分之間關(guān)系的綜合圖形，其中最簡單、最基本的相圖是二元相圖。對材料工作者來說，相圖是一種不可缺少的重要工具。?本章的重點是較詳細的介紹了勻晶、共晶、包晶三種基本相圖和它們的平衡及不平衡結(jié)晶過程，結(jié)晶后的組織形態(tài)，相與組織的相對量計算，以及組織對性能的影響規(guī)律等。????在介紹基本相

2、圖的同時，還介紹了其它類型的二元相圖，包括包析、共析、形成化合物的相圖及具有有序-無序轉(zhuǎn)變的相圖等；討論了相圖與合金性能之間的關(guān)系，包括使用性能和工藝性能。????本章的難點，一是固溶體合金凝固時的溶質(zhì)分布，它把偏析的概念和合金凝固時界面前沿液相中溶質(zhì)的混合程度從定性的分析走向半定量分析的方向；二是相圖的熱力學(xué)，試圖通過相平衡時的自由能-成分曲線，來計算相圖?；疽螅?.弄清相、組織、組織組成物等基本概念；2.熟悉勻晶、共晶、共析、包晶等相圖，并能應(yīng)用他們分析相應(yīng)合金的結(jié)晶過程；3.掌握典型的幾種二

3、元相圖，利用相圖能分析任一合金平衡態(tài)的組織及推斷不平衡態(tài)可能的組織變化；4.能利用相圖與性能的關(guān)系，預(yù)測材料性能；5.理解成分過冷的形成及影響成分過冷的因素；成分過冷對組織形態(tài)的影響。第一節(jié)合金中的相合金（Alloy）的概念：在金屬中加入一種或一種以上的金屬或非金屬元素而組成的物質(zhì)，其結(jié)合鍵主要是金屬鍵。在廣義范圍，金屬、合金、金屬材料三者之間可以不加區(qū)別。組成合金中最基本、獨立的物質(zhì)，不同的組元間由于物理化學(xué)的相互作用，形成具有一定晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的相。相的數(shù)量、形體、分布不同形成了不同的組織。相

4、（Phase）：在體系內(nèi)部物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的一部分稱為相，體系內(nèi)相的數(shù)目用p表示。組元（Component）：足以確定平衡體系中的所有各相組成所需的最少數(shù)目的獨立物質(zhì)稱為獨立組元，簡稱組元，其數(shù)目稱為組元數(shù)，用c表示。第二節(jié)合金的相結(jié)構(gòu)根據(jù)合金相在相圖中的位置，可以將其分為固溶體（SolidSolution）和中間相（IntermediatePhase）。位于相圖端部的合金相和純組元相連接，它的晶體結(jié)構(gòu)保持純組元的晶體結(jié)構(gòu)，這類固溶體稱為端際固溶體（TerminalSolidSolution

5、），或一次固溶體（PrimarySolidSolution）簡稱固溶體；通常說的固溶體就是指的這一類。一次固溶體以外的其它相，在相圖中的位置不和端部相連，都是化合物，它們的晶體結(jié)構(gòu)和組成它們的組元不相同，稱為金屬化合物（MetallicCompound）或中間相。中間相也可能有一定的固溶度（SolidSolubility），這種固溶體稱為二次固溶體（SecondarySolidSolution）。金屬化合物是金屬元素與其它元素所形成的化合物，一般指無機化合物，這里的其它元素包括金屬及非金屬。而金屬間化

6、合物（IntermetallicCompound7）則只包括金屬與金屬之間所形成的化合物。中間相是指含有金屬組元的相圖中，端際固溶體之間的各種相，它與金屬化合物的含義相同。1固溶體1.1固溶體的分類固溶體就是固體溶液。保留其晶體結(jié)構(gòu)的組元稱溶劑，其它的組元即為溶質(zhì)。有時，溶劑和溶質(zhì)可以互相轉(zhuǎn)化，它們是相對的。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置，可以將固溶體分為置換（或代位）固溶體（SubstitutionalSolidSolution）和間隙固溶體（InterstitialSolidSolution）。根

7、據(jù)固溶度的變化范圍可以將固溶體分為有限固溶體和無限固溶體。無限固溶體也稱為連續(xù)固溶體（Continuous（Seriesof）SolidSolutionorUnbrokenSolidSolutionSeries）。由于晶體的間隙是有限的，所以，間隙固溶體必定是有限固溶體。無限固溶體一定是置換固溶體。但是，并不是所有有限固溶體都是間隙固溶體，也并不是所有置換固溶體都是無限固溶體。此外，還有缺位固溶體，它屬于中間相，但成分偏離了理想化合物的比例。有序固溶體的溶質(zhì)原子按適當比例并按一定方向和順序，圍繞著溶劑

8、原子分布。1.2置換固溶體置換固溶體的固溶度可以從0～1變化。影響固溶度的因素有以下幾方面：（1）原子尺寸因素：組元之間原子尺寸的相對大小對固溶度影響較大。因為原子半徑不同而產(chǎn)生晶格畸變。原子半徑相對差Δr=1-rB/rA。Δr越小，固溶度越大；Δr越大，固溶度越小。當Δr＞0.15時，只能形成固溶度很小的有限固溶體。Δr＜0.15時，對形成固溶度較大的固溶體有利。但尺寸因素只是決定固溶度的一個必要條件，而不是充分條件。（2）負電性因素：組元之間負電性差