第三章 合金的相结构和结晶.ppt

一、固溶体的分类 1、按溶质原子在溶剂晶格中所占位置分类 置换固溶体和间隙固溶体 二、置换固溶体 原子尺寸因素 原子半径越相近，固溶度越大 电负性因素 电负性差值越小，固溶度越大 电子浓度因素 溶质电子价越低，或合金的电子浓度越小，固溶度越大 溶质元素原子价的影响实质上是由电子浓度决定的。所谓电子浓度是指合金晶体中的价电子数与其原子数之比. 晶体结构因素 晶体结构相同，是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件。 温度 三、间隙固溶体 溶质元素都是原子半径较小的非金属元素：H、N、O、C、B，溶剂元素都是过渡族元素。r溶质/r溶剂0.59 固溶度与溶质原子的大小和溶剂的晶格类型有关。体心立方和面心立方比较 间隙固溶体只能是有限固溶体 四、固溶体的结构 晶格畸变 偏聚与有序 有序固溶体 五、固溶体的性能 力学性能： 在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度和硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为固溶强化。溶质溶剂原子尺寸相差越大，强化效果越好，间隙比置换好。固溶度越大，强化效果越好。固溶强化是金属强化的重要方式之一。固溶体的综合力学性能较好，常作为结构合金的基体相。 物理性能：电阻率升高，电阻温度系数下降。 2 间隙化合物 一般具有复杂的晶体结构，Cr、Mn、Fe的碳化物均属此类。M3C、M7C3、M23C6 渗碳体：Fe3C，合金渗碳体 高熔点和硬度，但比间隙相低些，加热易分解。这类化合物是钢中重要的组成相。 3.3 二元合金相图的建立 纯金属结晶与合金结晶的比较 同： 都需要过冷，都要满足结晶的条件，都包括晶核形成和长大两个过程。 异： 恒温与温度范围 相:只有S和L 成分,温度与组织:纯金属成分一定,组织一般也一定,一般不随温度变化.合金成分不变与变化 一、二元相图的表示方法 合金存在的状态通常由合金的成分、温度和压力三个因素确定。 常压 表象点 二、二元合金相图的测定方法 建立相图的方法有实验测定和理论计算两种，但目前用的相图大部分都是根据实验方法建立起来的。 通过实验测定相图时， 首先要配制一系列成分不同的合金， 然后再测定这些合金的相变临界点（温度）， 最后把这些点标在温度 成分坐标图上，把各相同意义的点连结成线，这些线就在坐标图划分出一些区域，这些区域即称为相区，将各相区所存在的相的名称标出，相图的建立工作即告完成。 测定临界点的方法很多，如热分析法、金相法、膨胀法、磁性法、电阻法、 射线结构分析法等。除金相法和 射线结构分析法外，其它方法都是利用合金的状态发生变化时，将引起合金某些性质的突变来测定其临界点的。 热分析法测定二元合金相图的过程。 上临界点的连线——液相线；下临界点的连线——固相线 三 相律 相律是检验、分析和使用相图的重要工具，所测定的相图是否正确，要用相律检验，在研究和使用相图时，也要用到相律。 相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和相数之间的关系，是系统平衡条件的数学表达式。相律可用下式表示： 常压 确定纯金属、合金的最大自由度数 纯金属：f＝1－1＋1＝1，只有温度可独立改变 二元合金：f＝2－1＋1＝2，成分有一个独立变量＋温度可独立改变 三元合金： f＝3－1＋1＝2，成分有两个独立变量＋温度可独立改变 四元：f＝4，以此类推 相律的应用 利用相律可以确定系统中可能存在的最多平衡相数 当f＝0，单元系p＝2；二元系p＝3 利用相律可以解释纯金属与二元合金结晶时的一些差别 纯金属结晶时存在液、固两相，其自由度为零，说明纯金属在结晶时只能在恒温 下进行。 二元合金结晶时，在两相平衡条件下，其自由度有一个可变因素（温度），因此，二元合金将在一定温度范围内结晶。如果二元合金出现三相 ，说明此时的温度不但恒定不变，而且三个相的平衡共存时，则其自由度为零，成分也恒定不变，结晶只能在各个因素完全恒定不变的条件下进行。 四、杠杆定律 在合金的结晶过程中，合金中各个相的成分以及它们的相对含量都在不断地发生着变化。为了了解相的成分及其相对含量，这就需要应用杠杆定律。在二元系合金中，杠杆定律只适用于两相区，因为对单相区来说无此必要，而三相区又无法确定，这是由于在三相恒温线上，三个相可以任何比例相平衡之故。 3.4 匀晶相图及固溶体的结晶 两组元在液态无限互溶、固态也无限互溶的二元合金相图，称为匀晶相图。这类相图的二元合金系主要有： 在这类合金中，结晶时都是从液相结晶出单相的固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。应当指出，几乎所有的二元合金相图都包含有匀相转变部分，因此掌握这一类相图是学习二元合金相图的基础。 一、相图分析 Cu—Ni相图为典型的匀晶相图。Al1B线为液相线，A