合金的晶体结构.

合金的晶体结构

合金是由两种或两种以上的金属元素与非金属组成的具有金属特性的物质。例如碳钢是铁和碳组成的合金。

组成合金的最基本的、独立的物质称为组元,简称为元。一般来说,组元就是组成合金的元素。例如铜和锌就是黄铜的组元。有时稳定的化合物也可以看作组元,例如铁碳合金中的Fe3C就可以看作组元。通常,由两个组元组成的合金称为二元合金,由三个组元组成的合金称为三元合金。

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。

通常把合金中相的晶体结构称为相结构,而把在金相显微镜下观察到的具有某种形态或形貌特征的组成部分总称为组织。所以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。通过对金属的热处理可以在不改变其化学成分的前提下改变其显微组织,从而达到调整金属材料力学性能的目的。

根据构成合金的各组元之间相互作用的不同,固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。

1.固溶体

合金在固态下,组元间仍能互相溶解而形成的均匀相,称为固溶体。形成固溶体后,晶格保持不变的组元称溶剂,晶格消失的组元称

溶质。固溶体的晶格类型与溶剂组元相同。

根据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同,可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两种。

(1置换固溶体

溶质原子代替溶剂原子占据溶剂晶格中的某些结点位置而形成的固溶体,称为置换固溶体。

置换固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两类。

形成置换固溶体时,溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取决于两者晶格类型、原子直径的差别和它们在周期表中的相互位置。

(2间隙固溶体

溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体称为间隙固溶体。

由于晶格间隙通常很小,所以都是由原子半径较小的非金属元素(如碳、氮、氢、硼、氧等溶入过渡族金属中,形成间隙固溶体。

(3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。

2.金属化合物

金属化合物是合金组元间发生相互作用而生成的一种新相,其晶格类型和性能不同于其中任一组元,又因它具有一定的金属性质,故称金属化合物。如碳钢中的Fe3C、黄铜中的CuZn等。

金属化合物大致可分为正常化合物、电子化合物及间隙化合物。

金属化合物具有复杂的晶体结构,熔点较高,硬度高,而脆性大。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时,将使合金的强度、硬度及耐磨性明显提高,这一现象称为弥散强化。因此金属化合物在合金中常作为强化相存在。它是许多合金钢、非铁金属和硬质合金的重要组成相。

钢的热处理

钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却,以改变其内部组织,从而获得所需要性能的一种工艺方法。

热处理的目的是显著提高钢的力学性能,发挥钢材的潜力,提高工件的使用性能和寿命。还可以作为消除毛坯(如铸件、锻件等中缺陷,改善其工艺性能,为后续工序作组织准备。随着工业和科学技术的发展,热处理作为改善和强化金属材料、提高产品质量、节省材料和提高经济效益等方面将发挥更大的作用。

1.3 钢的热处理

钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却,以改变其内部组织,从而获得所需要性能的一种工艺方法。

热处理的目的是显著提高钢的力学性能,发挥钢材的潜力,提高工件的使用性能和寿命。还可以作为消除毛坯(如铸件、锻件等中缺陷,改善其工艺性能,为后续工序作组织准备。随着工业和科学技术的发展,热处理作为改善和强化金属材料、提高产品质量、节省材料和提高经济效益等方面将发挥更大的作用。

钢的热处理种类很多,根据加热和冷却方法不同,大致分类如下:热处理:普通热处理(退火、正火、淬火、回火和表面热处理(表面淬火:火焰加热和感应加热(高频、中频、低频,化学热处理(渗碳、氮化、碳氮共渗、其它。

钢在加热是的组织转变

在Fe-Fe3C相图中,共析钢加热超过PSK线(A1时,其组织完全转变为奥氏体。亚共析钢和过共析钢必须加热到GS线(A3和ES线(A cm以上才能全部转变为奥氏体。相图中的平衡临界点A1、A3、A cm是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。但在实际生产中,加热和冷却并不是及其缓慢的。加热转变在平衡临界点以上进行,冷却转变在平衡临界点以下进行。加热和冷却速度越大,其偏离平衡临界点

也越大。为了区别于平衡临界点,通常将实际加热时各临界点标为A c1、A c3、A cm;实际冷却时各临界点标为A R1A R3A CM。