14版-3合金的晶体结构与相图讲解.ppt

第3章  合金的晶体结构与相图 上一章关键词 晶体 BCC，FCC，CPH 多晶体结构 空位，间隙原子 位错，位错密度及曲线 冷却曲线，过冷度 纯金属的平台结晶（恒温结晶） 细晶强化 同素异晶转变 扩散 要点：本章是学习铁碳合金的准备知识 3.1 合金的晶体结构 3.1.1 基本概念 1. 合金：一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。 2. 组元：组成合金的独立的、最基本单元。 组元可以是金属、非金属或稳定化合物。 由两个组元组成的合金称为二元合金。 3. 合金系：由若干给定组元按不同比例配出的一系列成份不同的合金，这一系列合金构成一个合金系统，简称合金系。 例如，黄铜是铜和锌组成的二元合金系，铁和碳组成的一系列不同成份的合金，称为铁碳合金系。 4. 相：在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分。 5. （显微）组织：指用肉眼或显微镜 所观察到的材料的微观形貌。 由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合 金的组织。（相的呈现） 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的增高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形更加困难，从而提高合金的强度和硬度。这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。 在溶质含量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。固溶体综合机械性能好。 固溶体相的用途：作为合金结构的基体相使用 2. 金属化合物相 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。 基本特征：有金属性质；晶体结构不同于任何组元 ； 成分固定或小有变化，有一定成分比例，有分子式表示 分类 正常价化合物； 电子化合物； 间隙化合物等。 Here we see the Carbon atom (in red) fitting in between the larger iron atoms thus forming a lattice structure which will form? the intermetallic compound Cementite. Fe3C 金属化合物相的性能： 金属化合物一般熔点高、硬度高、脆性大。 弥散强化（第二相强化）： 当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上，使合金的强 度↑↑ ，硬度↑↑ ，耐磨性↑↑ 而塑性和韧性降低。 金属化合物相的用途： 作为合金的强化相使用 3. 机械混合物 合金各组元按照一定的重量比例以混合方式构成机械混合物。 机械混合物可以是纯金属、固溶体或金属化合物各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。 工业用合金的组织： 固溶体相基体+少量金属化合物（一种或几种） = 机械混合物 调整合金性能的途径： （1）改善固溶体溶解度（固溶强化） （2）改变金属化合物的形状、数量、大小、分布 （3）利用位错强化，细晶强化 3.2 合金的结晶 3.2.1 合金结晶的过程及形成物 3.2.2 合金结晶的冷却曲线 建立相图方法：测定合金系中不同成分合金的冷却曲线。合金在相变时，伴随有物理、化学性能的改变，可以利用热分析法或热膨胀法或磁性测定法，金相法，电阻法，X射线结构分析法等精确测定相变（冷却过程）的临界点（即临界温度）确定不同相存在的温度和成分区间，建立相图。 相图建立步骤： 相图：表明合金系中各种合金相在平衡条件下相 与相之间关系的一种简明图示。 所谓平衡是指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重量不再变化所达到的一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。 合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认为是平衡结晶过程。 在常压下，二元合金的相状态决定于温度和成分。二元合金相图可以用温度－成分坐标系的平面图来表示。 3.3.2 基本相图 两组元在固态时形成无限固溶体，且液态时又能完 全互溶的合金相图称为二元匀晶相图。 如Cu-Ni；W-Mo；Fe-Ni；Fe-Cr等合金的相图均是 二元匀晶相图。 垂线：过表象点（给定合金成分）做垂线，平行于温度轴，由此垂线可分析相变降温结晶过程。 水平线：两相区，过表象点（给定成分合金）做水平线，平行于成分轴。分别交液相线和固相线于L1(q)点和a1(m)点，则L1点和a1点在成分轴上投影点即相应为此温度下，L相和α相的成分。 可计算不同温度下，此成分合金所形成的两相的相对重量（各相的质量分数）。 2、平衡结晶： 结晶过程中，原子的扩散在固相中、液相中及固液相之间都进行的很充分，扩散速度与结晶速度平衡，最终形成成分均匀的固溶体晶粒。 平衡结晶条件：非常缓慢的冷却 3、非平衡结晶与枝晶偏析： 实际生产中，