机械工程材料 第三版第2 章成chapter1.1.2.ppt

第2章 工程材料的组织结构 2.1.2 金属实际的晶体结构 1.多晶体结构 合金的晶体结构与结晶 (1) 合金 由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属特性的物质 普通黄铜：Cu+Zn 45钢: 铁碳合金 (2)组元 组元可以是金属、 非金属或稳定化合物 （4）相 在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。 铁在同素异构转变过程中，会出现相的变化。 纯铁是单相的，而钢一般是双相或是多相的。 固态白铜（铜与镍二元合金）是单相的。 合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。 （5）组织 合金的组织是由数量、大小、形状和分布方式不同的各种相所组成的。 不同组织具有不同的性能。 由不同组织构成的材料具有不同的性能。 同一种钢经过不同的热处理可以获得不同的组织，从而获得不同的性能。 45钢经过不同的热处理可以获得珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体等组织。并获得不同的性能。 （1）固溶体 ①固溶体的分类 间隙固溶体 间隙固溶体 置换固溶体 碳在α－ Fe中的间隙固溶体 铜和金形成的置换固溶体 ②固溶体的性能 固溶强化的原因 （2）金属化合物 a 当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将显著提高合金的强度、硬度和耐磨性（此现象称为弥散强化）。因此，金属化合物主要用来作为碳钢、各类合金钢、硬质合金及有色金属的重要组成相及强化相。而性能除固溶强化影响外，还取决于金属化合物的种类和数量。 机械混合物 1．二元合金相图的表示方法 图2-18铜镍二元合金相图 由两个组元组成的合金相图称为二元合金相图。图2-18为铜镍二元合金相图。横坐标表示合金成分（一般为溶质的质量百分数），左右端点分别表示纯组元（纯金属）Cu和Ni，其余的为合金系的每一种合金成分，如C点的合金成分为wNi=20％，wCu=80％。坐标平面上的任一点（称为表象点）表示一定成分的合金在一定温度时的稳定相状态。例如，A点表示，wNi=30％的铜镍合金在1200℃时处于液相+固相（L+）的两相状态；B点表示，wNi=60％的铜镍合金在1000℃时处于单一固相状态。 2.相图的建立 3. 二元合金相图的基本类型 任何二元合金相图都可以看成是几个基本类型的相图的叠加、复合而成的。 （1）匀晶相图 两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解，即在固态下形成无限固溶体的合金相图称为匀晶相图。例如Cu-Ni、W-Mo、Fe-Ni等皆形成匀晶相图。在这类合金中，都是从液相中结晶出单相的固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。现以Cu-Ni相图为例进行分析 ① 相图分析 图2-20 Cu-Ni合金相图及冷却曲线 图2-20（a）为匀晶相图。该相图由两条封闭的曲线组成，向上凸的曲线是不同成分的Cu-Ni合金由液相开始转变为固相的温度连线，称液相线；向下凹的曲线是不同成分的Cu-Ni合金由液相全部转变为固相的终了温度的连线，称固相线。在这两条曲线上有两个特性点：A为纯铜的熔点，1083℃，B为纯镍的熔点，1452℃。由特性点A、B连接的液相线和固相线称为特性线，它们把相图分成三个相区，即液相线以上为液相区，以L表示；固相线以下为单相的固相区，是由Cu、Ni形成的无限固溶体，用α表示；在液相线和固相线之间是固相和液相两相共存区，以L+α表示。 ②不平衡结晶—枝晶偏析 在实际结晶过程中，冷却过程往往比较快（不平衡结晶），此时原子不能充分扩散，这时先结晶出的固溶体含高熔点组元（镍）较多，后结晶出的固溶体含低熔点组元（铜）较多，形成了在同一晶粒中的成分偏析，因结晶一般是以树枝状方式进行，先结晶的主干和后结晶的分枝成分不一致，故这种偏析称为枝晶偏析（晶内偏析）。 枝晶偏析会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变差，可采用扩散退火的方法消除枝晶偏析 （2）共晶相图 两组元在液态下能完全互溶，在固态时有限互溶并发生共晶转变（共晶反应），形成共晶组织的二元相图称为二元共晶相图。共晶转变是指在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两种固相的过程。Pb-Sn、Al-Si等皆形成共晶相图，在Fe-Fe3C相图中也包含共晶转变部分。 ① 相图分析 现以Pb-Sn合金相图为例，对共晶相图进行分析。 ： 图2-21中：A点、B点分别是纯铅、纯锡的熔点；C点为共晶点，表示此点成分（共晶成分）的合金冷却到此点所对应的温度（共晶温度）时，共同结晶出E点成分的