金属材料与热处理-项目三

基本概念合金的结构及组织二元合金相图的建立与结晶过程分析合金的性能与相图的关系第一节基本概念合金(alloy)：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的材料。组元(元)(element)：组成合金的最基本的独立物质。相(phase)：在合金中，成分、结构、聚集状态和性能都相同的组成部分。第二节

合金的结构及组织合金组织分为如下三类：固溶体(solidsolution)金属化合物(metalliccompound)机械混合物(mechanicalimpurity)合金中，组元之间的结合有两种结合方式：固溶和化合。固溶：一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀的固相的过程。(均匀的晶体物质)化合：组元之间发生反应，形成另一种新的物质。一.固溶体(solidsolution)：以固溶方式形成的相结构。

溶剂A+溶质B

=C

bccfccbcc例如:

α–Fe+C=F(铁素体)

体心六方体心固溶体的结构特点

铁素体的晶体结构一)固溶体的主要类型及形成条件1.置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点。

(substitutionsolidsolution)

*

形成特征:

R溶剂≈R溶质

例如:Au(金)-Cu(铜)

置换固溶体结构示意图置换固溶体的分类无限固溶体有限固溶体形成无限固溶体的条件：一、组元之间的晶格类型相同二、组元的原子结构相近，在元素周期表中位置相距不远。三、溶质原子直径与溶剂原子直径相差不大。2.间隙固溶体溶质原子分布在溶剂晶格间隙之中形成的固溶体。

(interstitialsolidsolution)

*

形成的特征:

R溶质

/

R溶剂<

0.59

例如:Fe溶剂

–C溶质

间隙固溶体结构示意图二)固溶体的性能

固溶体可使晶格发生晶格畸变，从而造成固溶强化

溶质原子对晶格畸变影响示意图二.金属化合物合金组元间发生相互作用，形成具有金属特征的新相。

(intermetalliccompound)溶剂A+

溶质B=C

bccfcccph例如:3Fe+C=Fe3C

体心六方复杂结构金属化合物的结构特点可用分子式大致表示其组成。

3Fe+C=Fe3C

体心

六方

复杂结构机械性能比较如下：

HB

80

3800

50%

0%0

渗碳体(Fe3C)晶格结构示意图一)金属化合物的主要类型1.正常价化合物

有固定分子式Mg2Si；AuAl22.电子价化合物

无固定分子式Cu5Zn8CuZn3.间隙化合物

熔点极高的硬质合金Fe3C；TiC；W2C二)金属化合物的主要性能具有一定程度的金属性质。具有较高的熔点。硬度较高。脆性大。三.机械混合物两种或两种以上的相按照一定的质量分数组成的物质。

(mechanicalimpurity)机械混合物的结构特点

具有重量百分比的关系

溶剂A+

溶质B=C

bccfccbcc+fcc例如

88.5％F+11.5％Fe3C=100％P

体心复杂结构体心+复杂机械混合物的性能特点取决于组元的相对数量。取决于组成相的大小和形状。具体性能指标数值介于组元性能之间。

第三节二元合金相图的建立

与结晶过程分析一.基础知识

1.合金系(alloyseries)2.平衡组织(statenchyma)3.相图(phasediagram)二.相图的建立名称A金属B金属晶格类型bccbcc熔点高低合金1100%0%合金290%10%合金380%20%……..……..…….合金920%80%合金1010%90%合金110%100%热分析法相图的建立将临界点标在成分—温度坐标图上并连接。时间温度90705030AB温度A温度温度abab:液相线ab

:固相线LL+SSL:液相区S:固相区L+S:液固共存区AB温度三、几种典型的二元合金相图匀晶相图、共晶相图、共析相图1.匀晶相图（液态、固态都可无限互溶）（一种向另一种固溶，少的向多的固溶）TLTSTnbac杠杆定理QS=(bc／ab)100%

QL=(ac／ab)100%QS+QL=1aQS+bQL=cABabLS温度QLQs支点两端重量QL和QS之比，等于支点两端距离长度的反比。通过计算长度比，得到液态、固态的重量比，

2.共晶相图（液态互溶，固态时相互的溶解度是有限的，一定成分和温度下同时结晶出两种固相）（两种同时结晶固溶，少的向多的固溶，多的也向少的固溶）温度成分100%A100%BLSAL+SASBL+SB共晶相图SA+(SA+SB)SB+(SA+SB)X%Y℃SA+SBLXSA+SB

Y℃SALSALSAL温度成分100%A100%BLL+SAL+SB

共晶相图的建立（铅锑）

共晶相图SA+(SA+SB)SB+(SA+SB)X%Y℃SA+SB温度成分100%A100%BLL+SAL+SBSA+(SA+SB)SB+(SA+SB)X%Y℃SA+SB温度成分100%A100%BSS+SA

S+SB3.共析相图（一定温度下，单相固溶体中同时析出两种固相）SX

SA+SB

Y℃共析相图第三节合金的性能与相图的关系1、合金使用性能与相图的关系2、合金铸造性能与相图的关系3、热处理性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系材料的性能决定于：化学成分和内部组织结构合金相图可反映不同成分的合金的组织结构所以合金相图和性能之间存在一定的关系。

相图与合金物理、力学性能之间的关系合金铸造性能与相图的关系铸造性能的好坏