金属学第三章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、合金的结构与结晶
1、固态合金中的相结构 相是指合金中结构相同，成分与性能均一 并以界面相互分开的组成部分； 相的分类：根据合金溶液冷却结晶后固态 合金中形成的相结构的不同，合金的相 结构可以分为固溶体和金属化合物两大 类；
1.1、固溶体
当合金由液态结晶为固态时，组元间仍能够互溶 而形成的均匀相，称为固溶体；
典型共晶相图
3.1、共晶反应
在三相共存水平线上所对应的温度下，成分相当 于C点的液相L同时与D点对应的αD和E点对应 的βE两个相，形成两个固溶体的混合物。这种 转变的反应式是： tC LC αD +βE 这种在一定温度下，由一定成分的液相结晶出成 分一定的两个固相的转变过程，称为共晶转变 或共晶反应。共晶转变的产物为两个固溶体的 混合物，称为共晶组织。
相图中的DCE水平线称为共晶线，C点称为共晶 点，C点对应的温度称为共晶温度，成分对应 于共晶点的合金称为共晶合金，成分位于共晶 点以左，D点以右的合金称为亚共晶合金；成 分位于共晶点以后，E点以左的合金称为过共 晶合金。 当三相平衡时，其中任意两相之间也必然互相平 衡，所以可以用DC、CE、DE分别为它们之间 的连接线，利用杠杆定律分别计算平衡相的含 量。
二元合金相图的坐标
2.2、相图的建立方法
热分析法：通过测验不同成分下的合金的 冷却曲线，把他们集中到相图上表示出 来；
2.3、二元匀晶相图
2.3.1、相图分析 复杂的相图都可以看成是由若干个基本的 简单相图所组成； 以Cu – Ni合金相图为例：
由图中可以看出，液相线AaB和固相线 AbB把整个相图分为三个不同的相区。
*共析转变的特点：
① 共析转变在固相中进行，与共晶转变相 比需要更大的过冷度，所得的共析体比 共晶体细小，弥散程度更高； ② 共析转变会产生较大的内应力；
共析转变
所谓共析转变，是指一个有特定成分的固 相，在某一恒定温度下，同时分解出两 个成分、结构与母相不同的固相的转变。 与共晶反应类似，在一定温度下由γ相同时 析出两个成分、结构均与γ相不同的新相 α和β的混合物，这种混合物称为共析体， 用（α+β）表示。共析转变可表示为： t℃ γC αd+βe
固溶体的性能
一般来说，固溶体的硬度、屈服强 度和抗拉强度等总是比组成他的纯金属 的平均值高，随着溶质原子的加入，硬 度和强度也相应提高。在塑性方面，如 延展性断面收缩率方面，固溶体要比组 成它的两个纯金属和化合物具有较为优 越的综合机械性能，因此，各种金属材 料总是以固溶体为其基体相。
1.2 、金属化合物
设合金的总质量为1，液相的质量为WL， 固相的质量为Wα，则有WL+Wα= 1……①
此外，合金1中的含镍量应等于液相中的含 镍量和固相中的含镍量之和： WL· L + Wα· α= 1·C……② C C 由以上两式得：WL· = Wα· ar rb WL =rb/ab x 100% Wα=ar/ab x 100%
按照溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，固 溶体可分为以下两类： ① 间隙固溶体：溶质原子填入溶剂原子间的一些 间隙中形成的固溶体； 当溶质原子与溶剂原子直径的比值d质/d剂<0.59时， 才能形成间隙固溶体，间隙固溶体只能是有限 固溶体；
② 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格中 某些结点位置所形成的固溶体； 在置换固溶体中溶质在 溶剂中的溶 解度主要取决于两者原子直径的差别、 他们在周期表中的相互位置和晶格类型 等。一般来说，溶质原子和溶剂原子的 直径差别越小，溶解度越大；两者在周 期表中位置越靠近，则溶解度越大。如 果条件满足，溶剂和溶质可以无限互溶， 形成无限固溶体，反之，不能很好的满 足条件的形成有限固溶体。
来自百度文库
在推导杠杆定律的过程中，并没有 涉及到Cu – Ni相图的性质，而是基于相 平衡的一般原理导出的，因而不管怎样 的系统，只要满足相平衡条件，那么在 两相共存时其两相的含量都能够用杠杆 定律确定。
3、二元共晶、共析相图
两组元在液态时相互无限互溶，在 固态时能够有限互溶，发生共晶转变， 形成共晶组织的二元系相图，称为二元 共晶相图。
* 金属化合物是合金组元间发生相互作用 而形成的一种新相，又称为中间相。其 晶格类型和性能一般不同于任一组元， 一般可以用分子式来大致表示其组成。 比如：Fe3C、CuAl2等； 金属化合物可以分为： ① 正常价化合物 ② 电子化合物 ③ 间隙化合物
2、二元合金相图
2.1、二元相图的建立 * 相图是表示合金系在平衡条件下，在不同温度、 成分下各相关系的图解；又称状态图或平衡图； * 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，由于合金的熔炼、加工处理 等都是在常压下进行，所以合金状态可由合金 的成分和温度两个因素确定。对于二元相图来 说，横坐标表示成分，纵坐标表示温度，如图 3.1所示：
在液相线以上是单相的液相区，合金处于 液体状态，以L表示；固相线以下是单相 的固溶体相区，合金处于固体状态，为 Cu与Ni的无限固溶体，以α表示；在液相 线和固相线之间是液相+固相的两相共存 区，即结晶区，以L+α表示。
结晶过程分析……
2.3.2、杠杆定律
对于某一具体合金来说，结晶时不 但需要了解合金的成分，而且还需要了 解相的相对含量，所以用到杠杆定律。 在二元系合金中，用杠杆定律确定相的 相对含量，主要适用于两相区，因为对 单相区来说没有必要，而三相区又无法 确定； 以Cu – Ni合金为例：如图3.2所示，计算液 相与固相在温度t1时的相对含量。
1、固态合金中的相结构 相是指合金中结构相同，成分与性能均一 并以界面相互分开的组成部分； 相的分类：根据合金溶液冷却结晶后固态 合金中形成的相结构的不同，合金的相 结构可以分为固溶体和金属化合物两大 类；
1.1、固溶体
当合金由液态结晶为固态时，组元间仍能够互溶 而形成的均匀相，称为固溶体；
典型共晶相图
3.1、共晶反应
在三相共存水平线上所对应的温度下，成分相当 于C点的液相L同时与D点对应的αD和E点对应 的βE两个相，形成两个固溶体的混合物。这种 转变的反应式是： tC LC αD +βE 这种在一定温度下，由一定成分的液相结晶出成 分一定的两个固相的转变过程，称为共晶转变 或共晶反应。共晶转变的产物为两个固溶体的 混合物，称为共晶组织。
相图中的DCE水平线称为共晶线，C点称为共晶 点，C点对应的温度称为共晶温度，成分对应 于共晶点的合金称为共晶合金，成分位于共晶 点以左，D点以右的合金称为亚共晶合金；成 分位于共晶点以后，E点以左的合金称为过共 晶合金。 当三相平衡时，其中任意两相之间也必然互相平 衡，所以可以用DC、CE、DE分别为它们之间 的连接线，利用杠杆定律分别计算平衡相的含 量。
二元合金相图的坐标
2.2、相图的建立方法
热分析法：通过测验不同成分下的合金的 冷却曲线，把他们集中到相图上表示出 来；
2.3、二元匀晶相图
2.3.1、相图分析 复杂的相图都可以看成是由若干个基本的 简单相图所组成； 以Cu – Ni合金相图为例：
由图中可以看出，液相线AaB和固相线 AbB把整个相图分为三个不同的相区。
*共析转变的特点：
① 共析转变在固相中进行，与共晶转变相 比需要更大的过冷度，所得的共析体比 共晶体细小，弥散程度更高； ② 共析转变会产生较大的内应力；
共析转变
所谓共析转变，是指一个有特定成分的固 相，在某一恒定温度下，同时分解出两 个成分、结构与母相不同的固相的转变。 与共晶反应类似，在一定温度下由γ相同时 析出两个成分、结构均与γ相不同的新相 α和β的混合物，这种混合物称为共析体， 用（α+β）表示。共析转变可表示为： t℃ γC αd+βe
固溶体的性能
一般来说，固溶体的硬度、屈服强 度和抗拉强度等总是比组成他的纯金属 的平均值高，随着溶质原子的加入，硬 度和强度也相应提高。在塑性方面，如 延展性断面收缩率方面，固溶体要比组 成它的两个纯金属和化合物具有较为优 越的综合机械性能，因此，各种金属材 料总是以固溶体为其基体相。
1.2 、金属化合物
设合金的总质量为1，液相的质量为WL， 固相的质量为Wα，则有WL+Wα= 1……①
此外，合金1中的含镍量应等于液相中的含 镍量和固相中的含镍量之和： WL· L + Wα· α= 1·C……② C C 由以上两式得：WL· = Wα· ar rb WL =rb/ab x 100% Wα=ar/ab x 100%
按照溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，固 溶体可分为以下两类： ① 间隙固溶体：溶质原子填入溶剂原子间的一些 间隙中形成的固溶体； 当溶质原子与溶剂原子直径的比值d质/d剂<0.59时， 才能形成间隙固溶体，间隙固溶体只能是有限 固溶体；
② 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格中 某些结点位置所形成的固溶体； 在置换固溶体中溶质在 溶剂中的溶 解度主要取决于两者原子直径的差别、 他们在周期表中的相互位置和晶格类型 等。一般来说，溶质原子和溶剂原子的 直径差别越小，溶解度越大；两者在周 期表中位置越靠近，则溶解度越大。如 果条件满足，溶剂和溶质可以无限互溶， 形成无限固溶体，反之，不能很好的满 足条件的形成有限固溶体。
来自百度文库
在推导杠杆定律的过程中，并没有 涉及到Cu – Ni相图的性质，而是基于相 平衡的一般原理导出的，因而不管怎样 的系统，只要满足相平衡条件，那么在 两相共存时其两相的含量都能够用杠杆 定律确定。
3、二元共晶、共析相图
两组元在液态时相互无限互溶，在 固态时能够有限互溶，发生共晶转变， 形成共晶组织的二元系相图，称为二元 共晶相图。
* 金属化合物是合金组元间发生相互作用 而形成的一种新相，又称为中间相。其 晶格类型和性能一般不同于任一组元， 一般可以用分子式来大致表示其组成。 比如：Fe3C、CuAl2等； 金属化合物可以分为： ① 正常价化合物 ② 电子化合物 ③ 间隙化合物
2、二元合金相图
2.1、二元相图的建立 * 相图是表示合金系在平衡条件下，在不同温度、 成分下各相关系的图解；又称状态图或平衡图； * 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，由于合金的熔炼、加工处理 等都是在常压下进行，所以合金状态可由合金 的成分和温度两个因素确定。对于二元相图来 说，横坐标表示成分，纵坐标表示温度，如图 3.1所示：
在液相线以上是单相的液相区，合金处于 液体状态，以L表示；固相线以下是单相 的固溶体相区，合金处于固体状态，为 Cu与Ni的无限固溶体，以α表示；在液相 线和固相线之间是液相+固相的两相共存 区，即结晶区，以L+α表示。
结晶过程分析……
2.3.2、杠杆定律
对于某一具体合金来说，结晶时不 但需要了解合金的成分，而且还需要了 解相的相对含量，所以用到杠杆定律。 在二元系合金中，用杠杆定律确定相的 相对含量，主要适用于两相区，因为对 单相区来说没有必要，而三相区又无法 确定； 以Cu – Ni合金为例：如图3.2所示，计算液 相与固相在温度t1时的相对含量。