机械工程材料 教学课件 ppt 作者 徐先锋 何柏林 主编第5章 二元合金.ppt

合金 组织 相和组织的区别 1、固溶体 ①固溶体的分类 置换固溶体：溶质原子置换溶剂晶格结点上的溶剂原子而形成的固溶体称为置换固溶体。 间隙固溶体：当溶质原子在溶剂晶格中不占据晶格结点位置，而是嵌入各结点间的间隙中，称为间隙固溶体。 有限固溶体：在一定条件下，溶质组元在固溶体中的浓度有一定的限度，超过了这个限度就不在溶解了，这个限度称为溶解度，这种固溶体称为有限固溶体。 无限固溶体：溶质能以任意比例溶入溶剂，溶解度可达100%，这种固溶体称为无限固溶体。无限固溶体只可能是置换固溶体。 间隙固溶体（必为有限固溶体） 2、金属间化合物 金属间化合物是合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物。 特点： 除有离子键和共价键作用外，还有一定程度的金属键作用，从而使化合物具有明显的金属特性晶格复杂，熔点、硬度高，脆性大。 化合物 1、正常价化合物 周期表中相距较远、电化学性质相差较大的两种元素形成正常价化合物,如Mg2Si、Mg2Pb等。 正常价化合物具有很高的硬度和脆性。在合金中如果能弥散分布于固溶体中，则将使合金强化，起强化相的作用，如Al-Mg-Si合金中的Mg2Si就是一个强化相。 2、电子化合物 这类化合物是由第I族元素、过渡族元素与第II至第V族元素结合而成。它们与正常价化合物不同，它不遵循原子价规律，而是按照一定的电子浓度形成的化合物。电子浓度不同，所形成的化合物晶格类型也不同。 电子化合物虽然可以化学式表示，但实际上是一个成分可以在一定范围类变动的相，可以溶解一定量的组元，形成以电子化合物为基的固溶体。电子化合物为金属键结合，具有明显的金属性。它的熔点和硬度都很高，但塑性差。电子化合物和固溶体适当配合，可以使合金强化。 3、间隙化合物 间隙化合物的形成主要受组元原子尺寸的控制，一般是由原子直径较大的过渡族金属元素（Fe、Cr、Mo、W、V等）和原子直径较小的非金属元素（C、N、B、H等）所组成。 根据晶体结构特点，间隙化合物又可分为间隙相（又称简单结构的间隙化合物）和复杂结构的间隙化合物。 ①间隙相 当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单结构的间隙化合物，称为间隙相。过渡族金属的氮化物、氢化物及钨、钼、钒、钛、铌等的碳化物，都是简单结构的间隙化合物。 在这类化合物中，过渡族金属元素的原子形成与它本身晶格类型不同的简单晶格结构，非金属原子位于晶格的间隙中。 间隙相具有极高的熔点和硬度，是高合金工具钢及硬质合金的重要组成相。 ②复杂结构的间隙化合物 当非金属原子半径与金等属原子半径的比值大于0.59时，则形成具有复杂结构的间隙化合物。例如碳钢中Fe3C，合金钢中的Cr23C6、Cr7C3、FeB、Fe2B等均属于这一类。 这类化合物主要是金属键结合，也有很高的熔点和硬度，这类化合物也是高合金工具钢的重要组成相。 一、合金相图概述 （2）组元 （3）平衡 二、相图的建立 热分析法建立二元相图步骤 相图分析 相： L， L+α， α 液相线： a1b，表示合金开始结晶的温度 固相线： a2b，表示合金结晶终止的温度 杠杆定律 枝晶偏析（晶内偏析） （2）、典型合金的结晶过程 1、合金I（d点成分）结晶过程 当温度下降至1点，液相中便开始有a相析出，温度继续下降，a相逐渐增多，液相逐渐减少，两相成分分别沿固相线ac、液相线ae变化。当温度降至包晶温度时，ac和Le发生包晶反应，形成成分相当于d点的β固溶体。反应结束后，参加反应的液相和a固溶体全部转变为β固溶体。在继续降温的过程中，由于Pt在β固溶体中的溶解度随温度下降而减小，故不断有aII二次相的析出。合计I的室温组织组成物为β+ aII 。 2、合金II（成分在c、d之间）的结晶过程 当温度降至1点，液相中便开始有a相析出。随着温度下降，a相逐渐增多，液相逐渐减少，两相成分分别沿固相线ac、液相线ae变化。当温度降至包晶温度时，发生包晶反应。反应结束后，a相有剩余，合金由a和β两相组成。合金继续冷却时，将分别从a和β固溶体中析出βII与aII。合金II的最终室温组织组成物为a+β+βII+aII 。 3、合金III（成分在d、e之间）的结晶过程 当温度降至1点时，开始结晶，冷至包晶温度2时，a相与液相的成分分别相当于c点和e点的成分。在此温度下，发生包晶转变。在包晶转变结束时，液相有剩余。继续冷却时，液相不断结晶出β固溶体，当合金冷却至3点时，合金凝固完毕，称为单一的β相，当冷却到4点温度时，将从β相中析出aII，合金III的最终室温组织组成物为β+aII 。 共析反应产物也是两相机械混合物，称为共析组织或共析体。共