金属材料概论第三章ppt课件

1、二 合金相结构,学习内容,一) 相的概念 ( 二) 相的分类,一) 相的概念,纯金属分为固相，液相，液相和固相共存的混合物,举例：Cu-Zn (wZn =30%)合金是单相合金(单相黄铜) Zn 溶入Cu中的固溶体,组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料微观形貌,不同的组织其性能不 同,相 是组成 组织 的基本组成部分,Cu-Zn (wZn =40%)合金是两相合金 CuZn 固溶体相 和金属化合物-Cu-Zn 相,铁素体+ 渗碳体 = 组织,二) 相的分类,相按其合金元素之间的相互作用和晶体结构的特点,按溶质原子在金属溶剂晶格中的位置,按溶质原子在金属溶剂中的溶解度,固溶体： 金属化合物,溶质

2、原子溶入金属溶剂中所组成的合金相,合金组元之间发生相互作用而形成的一种新相,中间相,铁素体( /F) 碳钢中C 原子溶入-Fe 晶格间隙中形 成的间隙固溶体 bcc,奥氏体( / A) C 原子溶入-Fe 晶格空隙中形成的间 隙固溶体 fcc,注意,金属化合物的晶格类型及性能均不同于任一组元， 一般可用分子式表示起组成,金属化合物中，离子键、共价键和金属键参与作用 其具有一定的金属性质（导电性,举例：碳钢中的Fe3 C, 铝合金中的CuAl2,金属化合物,根据形成的条件及结构特点,金属化合物,具有严格的化学比，成分不变，可用 化学式表示； 具有较高的硬度，脆性较大。 Mg2Si, Cu2Se,

3、 MnS,正常价化合物：指严格服从原子价规律的化合物,金属化合物,金属化合物,电子化合物：不遵守化合价规律,但符合于一定电子 浓度的比值形成的化合物,电子浓度为 3/2（21/14）时，具有体心立方晶格， 简称为 相,电子浓度为 21/13 时，为复杂立方晶格 称为 相,性能： 具有明显的金属特性，可以导电； 熔点和硬度很高，但韧性较差，可作强化相,电子浓度 c 电子 合金中的价电子数与其原子数之比,VA 、VB 分别是溶剂和溶质的原子价 r 为溶质 B 的物质的量比,电子浓度越 形成固溶体的倾向越大； 电子浓度越 固溶体变得不稳定，形成金属化合物 的倾向增大,金属化合物,由过渡金属元素与C,

4、 N, H, B等原子半径较小的非金属元素形成的化合物，尺寸较大的过渡金属元素原子占据晶格的结点位置, 尺寸较小的非金属原子则有规律地嵌入晶格的间隙之中,根据非金属元素(以 X 表示）与金属元素（以 M 表示）原子半径的比值分为,间隙相 和 间隙化合物,间隙相: rX / rM 0.59时，形成的简单结构的化合物,间隙化合物:rX / rM 0.59 时，形成复杂结构的化合物,a) H, N 原子半径较小 过渡族金属的氢化物和氮化 物都是间隙相，如：Ti2H, Fe2N,一部分碳化物是间隙相，例如 VC , TiC , WC等,b) 间隙相具有极高的熔点和硬度，具有明显的金属特 性 金属光泽和

5、良好的导电性,金属化合物,c)间隙相与间隙固溶体的本质区别,间隙相 是一种化合物，它具有与其组元完全不同 的晶体结构,间隙固溶体 仍保持着溶剂组元的晶格类型,间隙相VC的结构,b) 复杂结构的间隙化合物的熔点和硬度很高,但比间 隙相稍低些,a) B 的原子半径最大 过渡族金属的硼化物都是间隙化合物； 一部分碳化物，Fe3C（ 渗碳体）、 Mn3C、Cr7C,实际上工业用合金是固溶体作基体和少量的金属化合物所构成,Fe3C的晶体结构,渗碳体晶胞中的三角棱柱,渗碳体具有很高的硬度，塑性很差，延伸率接近于零，熔点为1227,相图 表示合金系中合金的状态与温度、成分间的 关系的图解，是表示合金系在平衡

6、条件下， 在不同温度、成分下的各相关系的图解,研制新材料，制定合金的熔炼、铸造、压力加工和热处理工艺以及进行金相分析的重要依据,合金结晶后,一)各类二元相图转变类型,共晶转变,在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的转变过程,共析转变,一定成分的固相，在一定温度下分解为另外一定成分的两个固相转变过程,两个一定成分的固相在恒温下转变为一个新的一定成分固相的转变过程,包析转变,包晶转变,一定温度，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成一定成分的固相转变过程,二)匀晶相图 两组元在液态和固态时均能无限互溶 构成的二元合金相图,匀晶转变:结晶时都是从液相结晶出单相的固溶体结晶过

7、程,晶内偏析（枝晶偏析,冷却速度较快(铸造时), 原子扩散不充分造成的，使结晶出来的固相成分含量不同。 例如：Cu-Ni 合金 先结晶的含 Ni 量高，后结晶的含 Ni 量低。 树枝晶树干富Ni , 不易浸湿，呈亮白色 先析出 枝叶富Cu ，易浸湿， 呈暗黑色 后析出,晶内偏析的存在会使塑性、韧性,采用低于固相线100200温 度均匀化退火 使偏析原子充分扩散，达到成分均匀化目的,改善措施,三) 共晶相图,以Pb-Sn 相图为例说明,例：Pb-Sn, Pb-Sb, Ag-Cu, Al-Si 等合金,共晶相图 两组元在液态时无限互溶，在固态时有限 互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二 元相图,共

8、晶转变,1 合金（wSn = 61.9%，共晶合金,01 ：液相 L 降温，至 1 点开始结晶,1点 ：183发生共晶转变，完成结晶,12 ： 和 相发生溶解度的变化，分别析出次生 相 和 得到组织（ +,2合金（ wSn = 19.2%61.9%，亚共晶合金,01 : 液相 L 降温，至 1 点开始结晶,12 : 液相 L 经匀晶转变 结晶出固相,2: 相和剩余液相的成 分分别达到M 点和E 点, E点液相发生共晶转变,二次结晶（脱溶过程）：由固溶体中析出另一个固 相的过程,从固溶体中析出的固相 ：从液相中直接结晶出的固相,第四节 铸造组织与冶金缺陷,生产中，常将液体金属注入铸锭模或铸型型腔

9、并在其中凝固 分别获得铸锭和铸件,金属铸锭或铸件凝固时，由于表面和中心的结晶条件不同，铸件的组织结构是不均匀的,一）典型三晶区组织,纯金属铸锭的宏观组织,一般几个毫米厚无实际意义,1、表层细晶区,铸型温度较，钢水冷却速度，过冷度, 成核率，晶粒尺寸，组织致密，机械性能好,如果已结晶的固相的导热性好，散热速度很快，始终能保持定向散热，并且柱状晶前沿的液体中没有新形成的晶粒阻挡，柱状晶可一直长大到铸锭中心，直到与其他的柱状晶相遇而止 穿晶组织,2、柱状晶区,细晶区形成后，模壁温度，冷却速度变，过冷度，成核率大大，晶核数不多，垂直于型壁方向散热比较容易，相邻晶粒之间的长大余地很小，互相抵触长成柱状晶

10、粒,柱状晶粒之间组织很紧密，空隙、气孔较少，但存在有高熔点杂质，在进行压力加工时，易产生开裂。另外晶粒平行排列，呈现出各向异性。但对于低熔点、塑性好的有色金属（铝、铜），希望获得柱状晶粒。钢铁、镍基合金等则应避免形成发达的柱状晶区 从而避免在热轧时开裂而产生废品,说明,3、中心等轴区,中心区液体金属的温度逐渐趋于均匀，散热无方向性，晶核向各方向等速长大； 又由于中心部位的过冷度较小，晶核少，形成较粗大的等轴晶粒,说明,等轴细晶粒取向各不相同，性能无方向性； 晶粒长大时彼此交叉，搭接牢靠，裂纹不 易扩展； 心部粗大的等轴晶粒区内，显微缩孔多， 组织疏松 通过热加工可改善性能,中心等轴区,二、冶金缺陷,大多数金属的液态密度 固态密度，凝固 时体积要收缩。其结果：原来添满铸型的液 态金属，凝固后就不再能添满。此时如果无 液体金属继续补充 就会出现收缩孔洞 缩孔。容易集中在铸件的顶部,缩孔,集中缩孔,集中缩孔破坏了铸锭