金属学基础 教学课件 ppt 作者 王学武 第四章.ppt

第四章  二元合金的相结构与结晶;纯金属虽然具有优良的物理化???性能和美丽的金属光泽，但纯金属的生产成本高，更主要的是纯金属在力学性能上很难满足结构零件或部件的的要求。 在实际工程中，应用最广泛的金属材料是合金，为了研究合金的化学成分、组织与性能之间的关系，就必须了解合金上相结构及组织的形成和变化规律，合金相图正是研究这些规律的有效工具。 本章将主要介绍合金的基本概念、合金的相结构、二元合金相图的基本知识、典型的二元合金相图以及合金性能与相图的关系。;第一节 基本概念;合金：是由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有 金属特性的物质。;相：是指合金中成分、结构均相同的组成部分，相与相之间具有 明显的界面。 ;3 组织： 由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合体。 如单相、两相、多相合金。 金属及的组织一般应用显微镜才能看到，所以常称显微组织。;合金中的各种相是组成合金的基本单元，而合金组织则是合金中各种相的综合体。 一种合金的力学性能不仅取决于它的化学成分，更取决于它的显微组织。 金属通过热处理可以在不改变化学成分的前提下获得不同的组织，从而获得不同的力学性能。;第二节 合金的相结构;合金中的相按结构可分为： 固溶体和金属化合物 。 固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。 金属化合物：组元之间形成的新相，其结构不同于任何组元。; 一、固溶体 ; 按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。 按溶质原子在溶剂中的溶解度，固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律，固溶体分无序固溶体和有序固溶体两种。 在一定条件(如成分、温度等)下，一些合金的无序固溶体可转变为有序固溶体。这种转变叫做有序化。;间隙固溶体;Cu-Ni置换固溶体;(a) 完全互溶的液态Cu-Ni合金单相液体；（b）完全互溶的固态Cu-Ni合金单相固溶体；（c）WZn 39%的Cu-Zn合金中由固溶体和化合物CuZn两相组成。;2.置换固溶体;（1） 晶体结构因素 晶体结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体。 （2）原子尺寸因素 原子尺寸差越小，越易形成置换固溶体，且溶解度越大。 △r=(rA-rB)/rA 当△r15%时，有利于大量互溶。; （3）电负性因素 电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。 （4）电子浓度因素 电子浓度e/a越大，溶解度越小。e/a有一极限值，与溶剂晶体结构有关。一价面心立方金属为1.36，一价体心立方金属为1.48。 （上述四个因素并非相互独立，其统一的理论的是金属与合金的电子理论。）;此外，有限固溶体的溶解度还和温度有关，温度越高，溶解度越大。因此，凡是在高温下已达到饱和的有限固溶体，当自高温冷却时，由于溶解度降低，将从固溶体中析出其它相。 常见的能形成无限固溶体的合金有：Fe-Ni、Fe-Cr、Fe-V、Cu-Al、Ag-Au、Cu-Ni、W-Mo等。;3. 间隙固溶体;4. 固溶体的性能;由于溶质原子的溶入，固溶体发生晶格畸变， 变形抗力增大，使金属的强度、硬度升高的现象 称为固溶强化。它是强化金属材料的重要途径之一。 ;纯铜的Rm 为220MPa, 硬度为40HBW, 断面收缩率Z为70%。当加入1%镍形成单相固溶体后, 强度升高到390MPa, 硬度升高到70HBW, 而断面收缩率仍有50%。所以固溶体的综合力学性能很好, 常常作为合金的基体相。 固溶体与纯金属相比, 物理性能有较大的变化, 如电阻率上升, 导电率下降, 磁矫顽力增大。 ;三、 金属化合物 ;金属化合物的晶格类型和性能均不同于任一组元，一般可以用化学分子式大致表示其组成。 在金属化合物中，除了离子键、共价键外，金属键也参与作用，因而它具有一定的金属性质，所以称之为金属化合物。如碳钢中的Fe3C、黄铜中的CuZn（β相）和铜铝合金中的CuAl2等，都是具有相当程度的金属键和明显金属性质的金属间化合物。 根据金属间化合物的形成条件及结构特点，可分为正常价化合物、电子化合物以及间隙化合物三种类型。;而FeS、MnS具有离子键，没有金属性质，属于一般的化合物，因而又称为非金属化合物。 在合金中，金属化合物可以成为合金材料的基本组成相，而非金属化合物是合金原料或熔炼过程带来的，数量少且对合金性能影响很坏，因而一般称为非金属夹杂。; 1. 正常价化合物;形成：电子浓度起主要作用，不符合原子价规则。 键型：金属键（金属－金属）。 组成：电子浓度对应晶体结构，可用化学式表