4.合金的相结构与结晶.ppt

第四章合金的相结构与结晶 4 1合金的相结构 合金 金属与金属或金属与非金属熔合在一起 仍然具有金属特征的物质 例Fe CAu CuAl SiPb Sn组元 合金中最基本的 独立的物质元素 化合物 例钢铁中的FeFe3C 相 合金中具有相同结构 相同成分 与其他部分有界面分开的部分 组织 在显微镜下观察相的大小 形态 分布特征 组织是显微尺度 结构是原子尺度 两种以上元素 液态彼此溶解 固态 彼此溶解 彼此反应 不溶解不反应 固溶体 化合物 混合物 一 固溶体 溶质原子溶于固态金属中所形成的均匀新相 根据溶质原子的位置可分为置换固溶体和间隙固溶体置换固溶体 溶质原子取代溶剂原子位置的固溶体 无限固溶体有限固溶体 间隙固溶体 溶质原子添于溶剂原子间隙之中 必是有限固溶体因为溶质尺寸小 当d质 d剂 0 59时 形成间隙固溶体 元素HBCNO原子半径 0 460 97o 770 710 60 溶质原子为何不去占正常位置 固溶体的性能 机械性能随着溶解度的提高 强度 硬度提高 塑性 韧性下降 原因 1 溶质原子引起晶格畸变 增加了位错移动阻力 2 溶质原子易在位错线附近聚集 使位错运动困难 固溶强化 通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使强度 硬度提高的现象 物理性能溶解度提高 导电率下降 Ag是最好的导体 但在空气中会产生AgS 发黑 加入Cu 抗腐蚀能力提高 导电率下降 二 金属间化合物 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 正常价化合物电子化合物间隙化合物 正常价化合物 严格遵守化合价规律的化合物 由元素周期表中相距较远 电负性相差较大的两元素组成 可用确定的化学式表示 硬度高 脆性大 是合金中的强化相 例 Mg2SiMg2SnMnS等 电子化合物 不遵守化合价规律但符合一定电子浓度的化合物 电子浓度 化合物中价电子数与原子数之比 电子化合物主要以金属键结合 具有明显的金属特征 可以导电 熔点 硬度高 塑性差 是有色金属中的重要强化相 间隙化合物 由过渡族金属元素与碳 氮 氢 硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物 间隙相 非金属原子半径与金属原子半径之比小于0 59时 形成具有简单晶格的间隙化合物 间隙相特征 熔点 硬度极高 非常稳定 可有效提高钢的强度 热强性 红硬性和耐磨性 是高速钢和硬质合金中的重要组成相 复杂结构的间隙化合物 当非金属原子半径与金属原子半径之比大于0 59时 形成具有复杂结构的间隙化合物 常见的间隙化合物Fe3CCr23C6Fe4W2CCr7C3等 Fe3C是铁碳合金中的重要组成相 具有复杂的斜方晶格 其中铁原子可以部分地被锰 铬 钼 钨等金属原子所置换 形成以间隙化合物为基的固溶体 如 Fe Mn 3C Fe Cr 3C等 很高的熔点和硬度 但比间隙相稍低 在钢中也起强化作用 金属间化合物的特性 小结 凡是化合物在金属中表现出硬而脆的性质 纯铁 HB 80 Fe3C HB 860化学稳定性高 耐蚀性好 热稳定性高 4 2二元合金相图 相图 是表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或组织与温度 成分间关系的图形 状态图 平衡图 平衡 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质量不再变化所达到的一种状态 一 热分析法建立相图 石墨坩埚 氧化镁坩埚 聚四氟乙烯坩埚 瓷坩埚 热电偶 二 二元相图的基本类型及应用 匀晶相图共晶相图包晶相图共析相图 1 匀晶相图 匀晶反应 从液相中直接结晶出固溶体的反应 1 相图分析 2 合金的结晶过程 3 杠杆定律 QL Q合金 bc acQ Q合金 ab ac适用两相区平衡状态下使用两端点是给定温度时两相的成分点 支点为合金的成分点 4 非平衡结晶与枝晶偏析 枝晶偏析 由于冷却较快 原子扩散不能充分进行 则形成不均匀的固溶体 先结晶的树枝晶轴含高熔点组元较多 后结晶的树枝晶枝干含低熔点组元较多 结果造成在一个晶粒内部的成分不均匀 Cu Ni合金偏析组织 消除方法 扩散退火 将铸件加热到低于固相线100 200 长时间保温 2 共晶相图 1 相图分析 共晶反应 由均匀液相同时结晶出两种不同固相的转变 MEN 共晶线 2 合金的结晶过程 合金1的结晶过程匀晶反应 二次析出室温组织 合金 的结晶过程 合金 的结晶过程 合金 的结晶过程 三 包晶相图 包晶转变 在包晶反应温度下 已结晶出来的固溶体与包围它的液相作用 生成新的固溶体 LC P DPDC 包晶线 四 共析相图 共析反应 一定成分的固相 在一定温度下 同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相 c 1D 2EDCE 共析线共析反应温度低 形核率高组织细 五