机械工程材料第三章合金的结构与结晶.ppt

第三章 合金的结构与结晶 ?? 相图的概念及典型相图分析 合金相的概念及其结构 … …必须具有金属特性 合金 冶炼、烧结、喷涂… 合金化方法 组成合金最基本的独立物质 组元 给定组元配制出的一系列合金 合金系 合金中具有相同成分、结构、聚集状态，并以界面相互隔开的均匀的组成部分 合金相（相） 金相显微组织 金相磨面在显微镜下观察到的构造情况 §1 合金的结构 有关合金的基本概念 ①总是以一种金属元素为溶剂，另一种或多种元素为溶质 ②保有溶剂的晶格结构 ③成分可在一定范围内变化，性能随成分的变化而变化 ④产生晶格畸变 特征 合金组元在固态能相互溶解所形成的一种均匀的相 概念 合金的相结构 1、固溶体 固溶体的分类： 置换固溶体 间隙固溶体 影响固溶体类型、溶解度的因素 晶格类型 原子尺寸 电化学性（电负性） 电子浓度（价电子数与原子数的比值） 固溶体的形成对金属性能的影响 固溶强化： 关于固溶强化 概念： 合金组元之间通过化合作用所形成的一种相对稳定的相 分类： 金属化合物——具有金属性质，直接对合金性能产生影响 非金属化合物——脆性大，一般为杂质 特征： ① 可以用化学式（AmBn）表示， 但不一定遵守化合价规律 正常价化合物：Mg2Si Mg2Pb 电子价化合物：CuZn Cu5Zn8 CuZn3 间隙化合物：WC VC Fe3C Cr23C6 Fe3C 2、化合物 VC 合金的相结构 ② 一定程度上具有金属的性质 ③ 晶格结构完全不同于任一组元 ④ 熔点高、硬而脆 特征： ① 可以用化学式（AmBn）表示， 但不一定遵守化合价规律 对合金性能的影响： 弥散分布 片状分布 网状分布 σ、H 有一定的δ(ψ)、ak H σ、δ(ψ)、ak σ、H δ(ψ)、ak 弥散强化 2、化合物 ——成分、温度、压力 ——用图解的方法表示合金的状态（相） 与成分、温度之间的关系 ——结晶或相变过程中，各相成分及相对重量不再改 变时所达到的一种动态平衡 §2 合金的结晶过程 平衡相图 有关相图的基本概念 相平衡 相图（状态图） 影响合金中组织形态的因素 建立合金系 测定冷却曲线，找出相变临界点 将各相变点对应在成分—温度坐标图上，并连接具有相同意义的点 相图的建立（热分析法） 相图的建立过程 ——用图解的方法表示合金的状态（相） 与成分、温度之间的关系 相图（状态图） 相图的建立过程 相图的建立（热分析法） 建立合金系 测量合金的冷却曲线 连接临界点 匀晶相图 相图分析 特点 合金的结晶过程(绘制冷却曲线) 实例：Cu-Ni, Fe-Cr, Ag-Au, Cr-Mo, W-Mo ——L、α两相均能无限互溶 A B L α L+α 1 3 2 T/℃ 液相线 固相线 k 典型二元合金相图 匀晶相图的结晶过程 Cu Ni 确定合金冷却过程中L、α的成分 杠杆定律——确定L、α的相对重量 A B L α 1 3 2 2 3 4 4 4 液相成分沿液相线变化 固相成分沿固相线变化 典型二元合金相图 设：m=1 晶内偏析 典型二元合金相图 A B L α 1 3 2 2 3 4 4 4 消除方法：扩散退火 平衡结晶的匀晶合金组织 Cu-30%Ni合金的非平衡结晶组织 共晶相图 特点 共晶反应 共晶体 ——液相无限互溶、固相有限互溶；E点发生共晶反应 B C D F E A L α G Pb Sn β α+β L+α L+β 温度 wSn（%） α ：以Pb为溶剂、Sn为溶质的固溶体 β：以Sn为溶剂、Pb为溶质的固溶体 典型二元合金相图 恒温 共晶体形貌 层片状 （Al-CuAl2，定向凝固） 棒状或条状 （Sb-MnSb，横截面） 球状或短棒状 （Cu-CuO） 针状 （Al-Si） 螺旋状 （Zn-Mg） Fe-C(石墨)的共晶组织 共晶相图 相图分析 B C D F E A L α G Pb Sn β α+β L+α L+β 温度 wSn（%） 典型二元合金相图 共析相图 特点 共析反应 相图分析 共析体 —— d 点发生共析反应 典型二元合金相图 恒温 包晶相图 特点 包晶反应