机械工程材料—第2章二元合金的相图及结晶.ppt

工学院,主讲人：杨拓宇,机 械 工 程 材 料,第2章 二元合金的相图及结晶,2.1合金中的相 2.2二元合金相图的建立 2.3匀晶相图 2.4共晶相图 2.5包晶相图 2.6组员间形成稳定化合物的相图 2.7由二元相图判断合金性能, 一、组元与相的概念 二、固溶体 三、金属化合物,2.1 合金中的相,一、组元与相的概念,组元 组成合金最基本的、独立存在的物质称为组元。 例如：元素、稳定化合物。如，fe-c合金中，fe、c均为组元,相 在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的部分称为相；相与相之间有明显的界面分开。,合金中有两类基本相 固溶体 和 化合物,二、固溶体,固溶体概念 溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。固溶体保持溶剂金属的晶体结构，只引起晶格常数变化。,按溶质原子在固溶体中的溶解度，固溶体可以分为有限固溶体和无限固溶体。 有限固溶体：溶质含量超过其固溶度，就会形成其它相。 无限固溶体：两组元能任意比例互溶。 按溶质原子在晶格中分布状态分：无序固溶体和有序固溶体 无序固溶体：溶质原子在晶格中随即分布。 有序固溶体：溶质原子在晶格中占据晶体结构的一定位置。 有些合金在一定温度下：可由无序变为有序。,固溶体类型,固溶强化,形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象,正常晶格,晶格畸变,晶格畸变,小原子置换引起的 晶格畸变,间隙原子引起的 晶格畸变,化合物类型,合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相,正常价化合物 按化合价规律形成，如，mg2si 。,间隙化合物 过渡金属+小半径非金属元素,电子化合物 按电子浓度规律形成，如，cu3al 。,间隙化合物 熔点高、硬度高，脆性大。,组织：用肉眼或显微镜观察到的材料微观形貌图像的统称,2.2 二元合金相图的建立,一、概述 合金系：由相同的几个元素以不同的比例配制的一系列合 金称为。 相图：是表示合金系在平衡条件下，不同压力、温度、成分 时的各相关系的简明图解。,热 分 析 法,相图的测定,a,b,ab : 液相线,ab : 固相线,l,l + s,s,l : 液相区,s : 固相区,l+s:液固共存区,ts,tn,b,a,a,b,a,b,l,s,温度,三、相图应用 1、由相图确定某一成分合金某一温度是存在的相 2、由相图确定给定合金的相变温度。 3、杠杆定律,确定两平衡相的相对重量,则 ql + q =1 ql x1 + q x2 =x 解方程组得,设合金的重量为1，液相重量为ql，固相重量为q。, 相图分析 合金的结晶过程 合金凝固时的成分过冷,2.3 匀晶相图,一、相图分析,匀晶系：两组元在液态和固态都无限固溶的合金系 匀晶相图：匀晶系合金的相图 匀晶转变：合金凝固时，从液相中结晶出单相的固溶体，这种结晶称为-,相图由两条线构 成，上面是液相线， 下面是固相线。 相图被两条线分为 三个相区，液相线以 上为液相区l ，固相 线以下为 固溶体 区，两条线之间为两 相共存的两相区（l+ ）。,二、合金的结晶过程,成分（wt%ni）,随温度下降， 固溶体重量增 加，液相重量减 少。同时，液相 成分沿液相线变 化，固相成分沿 固相线变化。,这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变 或匀晶反应。,原子不能充分扩散； 先结晶部分含高熔点组元较多（晶粒中心）； 后结晶部分含低熔点组员较多（晶粒边缘）； 这种晶粒内部成分不均匀的现象称为晶内偏析 （见26页图-2.11