材料科学基础第5章材料的相结构与相图.ppt

一、纯金属特点 1、优良的导电、导热性能； 2、高的化学稳定性； 3、美观的金属光泽； 4、但强度、硬度较低； 5、制取困难；价格高；资源有限 二、合金的基本概念 1、定义 是由两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结等方法组合而成并具有金属特性的物质。 钢：Fe-C合金； 黄铜：Cu-Zn合金； 防锈铝：Al-Mg合金。 2、合金的特点 强度高、硬度高；性能可大幅度调节；价格较低、应用广。 3、相 是合金中具有晶体结构相同、成分相同和性能相同，并以界面相互分开的组成部分。 纯铁：由α-Fe（铁素体相）单相构成，为单相合金； 共析钢：由F（铁素体相）+ Fe3C（渗碳体相）双相构成，为双相合金。 4、合金的显微组织 在显微镜下，合金中各相的形状、大小和分布所构成的综合体称合金组织。 例1：钢中的珠光体（P） 组织： P（珠光体）= F + Fe3C Fe3C形状：片状和球状。 当Fe3C为球状时，构成P球状 HBS≈163 δ=20% Ψ=40% 因此，高碳钢常采用球化退火工艺改善其切削性能。 例2、珠光体（P）、屈氏体（T） 例3、铸铁 三、合金的基本相和性能 基本相： 1、固溶体; 2、金属间化合物。 （一）固溶体 1、定义 合金结晶时，以一组元为基体（溶剂），保持原有的晶格类型，其它组元的原子（溶质）分布在基体组元的晶格内，所形成的一致的固态溶体。 2、溶解度（C）： 固溶体在一定温度和压力下，溶于溶质原子的极限浓度。 当溶质浓度小于溶解度时，溶质浓度增加将导致固溶强化； 当溶质浓度大于溶解度时，将析出第二相起作第二相强化作用； 当析出的第二相非常细小时，称弥散强化。 3、固溶体分类 根据溶质原子在溶剂中的位置，分为： 置换式固溶体； 间隙式固溶体。 1）置换式固溶体 是指溶质原子占据了溶剂原子晶格结点位置而形成的固溶体。 2）间隙式固溶体 原子半径小于0.1nm的非金属元素如C（0.077nm）、N（0.097nm）等作为溶质原子； 处于溶剂晶格的某些间隙位置而形成间隙式固溶体。 4、晶格畸变 5、固溶体性能 ① 具有较好的塑性和韧性； ② 其强度和硬度可通过增加溶质浓度提高（固溶强化）； ③ 具有良好的耐蚀性能； 6、作用：适合作合金的基体。 2、特性 （1）晶体结构不同于其任一组元； （2）通常包括金属键，具有一定的金属特性； （3）具有较高的熔点、高的硬度和脆性。 3、作用：为合金的强化相。 （二）金属间化合物 1、定义 合金结晶时，当其溶质浓度大于溶解度时，将析出结构不同于任何组元的新相，该相具有一定的金属特征，称为金属间化合物。 3、分类： 正常价化合物、电子化合物 、间隙相和间隙化合物 。 1）正常价化合物 （1）定义 是指符合化合物原子价规律的金属间化合物。 （2）性能 具有高的硬度和脆性，多为离子化合物。 例如、铝合金中的强化相Mg2Si；陶瓷材料中的SiC。 2）电子化合物 （1）定义 按照一定价电子浓度的比值组成一定晶格类型的化合物。 当价电子浓度为3/2时，电子化合物具有体心立方晶格； 当价电子浓度为7/4时，其具有密排六方晶格。 （2）性能 结合键为金属键，熔点和硬度都很高，而塑性较差。 是有色金属中的重要强化相。 铜合金中强化相CuZn和Cu3Al。 3）间隙相和间隙化合物 ——受组元的相对尺寸所控制 （1）间隙相 ① 定义 当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物。 ② 特性 ③ 应用 是高合金钢和硬质合金中的重要强化相。 通过化学热处理或气相沉积等方法，在钢的表面形成一薄层致密的间隙相（TiC、TiN），可显著提高钢的耐磨性或耐腐蚀性。 例1、Fe3C渗碳体 具有复杂的正交晶格； 是铁碳合金中的重要强化相。 例2、合金渗碳体（Fe、Me)3C Fe3C中的Fe原子可以部分地被其它金属原子（Mn、Cr、Mo、W）所置换，形成（Fe、Me)3C等以间隙化合物为基的固溶体。 ② 特性 具有很高的熔点和硬度； 脆性较大； 熔点、硬度、化学稳定性都比间隙相要低。 ③ 作用 是钢中重要的强化相之一。 结 束 对于凝聚系统，可以略去压力这一变数，此时相律的表达式为： f = c – p + 1 作用：相律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，对分析和研究相图有重要的指导作用。 对于三元系，成分变数有两个，所以其成分必须用一个平面图形来表示，加上温度轴，所以三元相图是一个三维的立体图形。 （二）