【冶金精品文档】二元合金与相图.pptx

第三章 二元合金与相图; 合金(alloy)：通过熔炼、烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质。 组元(constituent)是组成合金独立的、最基本的单元，简称元。组元可以是金属、非金属或稳定化合物。 由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个或三个以上的组元组成的。合金称为多元合金。例如在铁碳合金中，纯铁和碳都是组元；上述合金中铜与锌及铝、铜与镁等元素也都是合金的组元。; 在人类生活及生产中纯金属的使用十分广泛。各种导电体、装饰品、工艺品、各种器皿等，其应用主要是利用了这些纯金属所具有的优良的导电性、导热性、化学稳定性及美丽的金属光泽等性能。 但是几乎各种纯金属的机械性能都比较差，不宜制作对机械性能要求较高的各种机械零件和工具。另外，纯金属的种类有限(约为79种)，且提炼困难，价格昂贵，因此单靠纯金属无法满足人们对金属材料的需求。 通过配制不同成分的合金，可以显著改善金属材料的结构、组织(structure)和性能。目前人们所配制的合金达数万种之多，合金的性能不仅在强度、硬度等机械性能方面比纯金属高许多，而且某些合金还具有特殊的电、磁、耐热、耐蚀等物理化学性能。 因此，合金材料的应用比纯金属要广泛得多。 ; 目前在合金的生产中应用得最多的是熔炼法。将按照一定配比组合在一起的合金组元加热熔化成均匀一致的合金溶液。然后把合金溶液温度降低，使其结晶。 合金的结晶同样遵循生核与核长大的结晶基本规律，所不同的是，由于在合金中组元原子之间相互发生作用，使得合金结晶后生成的结晶产物是含有两种或多种元素的小晶体(晶粒)，小晶体相互之间有界面(晶界)分开。在固态合金中，这些由多种元素构成的小晶体的化学成分和晶体结构可以是完全均匀一致的，也可以是不一致的。; 在金属或合金中，凡成分相同，结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，称之为相(phase)。 若合金是由成分和结构都相同的同一种晶粒构成，称合金含有一种相，为单相(图3?1)； 若合金是由成分、结构互不相同的几种晶粒构成，称合金含有几种相，为多相(图3?2)。 在固态下，合金可以是单相的，也可以是多相的。 ; 合金组元通过溶解形成的一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体(solid solution)。 与固溶体晶格相同的组元即结构被保持的组元，称之为溶剂，一般在合金中含量较多； 溶入溶剂的元素即结构被破坏的其余组元称之为溶质，一般含量较少。 在合金系统中，人们习惯上常按照某种顺序(例如按固溶体的浓度，或按固溶体稳定存在的温度范围等)用希腊字母α、β、γ、ε、δ……来表示不同类型的固溶体，并称为α固溶体、β固溶体等等。;(1)固溶体的分类 按照溶质原子在溶剂原子晶格中所占有的位置，将固溶体分成置换固溶体与间隙固溶体两种类型。;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。固溶体中溶质的含量即为固溶体的浓度，一般用质量百分比表示，也可以用原子百分比表示，其具体数值(以C表示)为：;按溶质原子在固溶体中分布是否有规律，;只有当两种金属的原子数成一定的比例，如1:1(CuAu)或3:1(Cu3Au)时，才有可能形成这种有序排列，有序固溶体实际上是无序固溶体与金属间化合物的过渡相，当固溶体从无序转变为有序排列时，合金的硬度、脆性将显著地增加。 根据组元相互之间的溶解能力，可形成无限固溶体，也可形成有限固溶体。只有当组元之间的原子能够无限地相互代替时才能形成无限固溶体。 因此形成无限固溶体主要取决于下列条件： ;①形成固溶体的各组元应具有相同类型的晶体结构。表3-1列出了能形成无限固溶体的金属。 ②两组元应具有相近的原子结构，相差不超过一个价电子，并且在元素周期表中的位置相距很近。 ③两组元的原子半径(或晶格常数)之差不超过15%；而铁基合金中，只有当它们的原子半径之差不超过8%时，才形成无限固溶体。;(2)固溶体的性能 固溶体中随着溶质原子的溶入，不论是置换固溶体还是间隙固溶体，都会产生一定程度的晶格畸变。 ; 固溶体的机械性能很好，常被用作结构合金的基本相。在工业上大量应用的耐腐蚀材料、高电阻的电工材料、高磁导率的软磁材料等都采用固溶体合金。 单纯的固溶强化所达到的最高强度指标仍然有限，常常不能满足人们对于结构材料的要求，因而不得不在固溶强化的基础上再补充进行其它强化处理。;合金组元相互作用形成的晶格结构和特性完全不同于任一组元的