第三章1-2节 二元合金与相图(同济-王国华).
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)。
片状珠光体
w(c)=0.77%
球状珠光体
3.组织与性能的关系
金属材料的性能由金属内部的组织结构所决定。
注意： (1)在某些情况下，金属的组织名称相同，组成相 也相同，但晶粒形状、大小不同，则它们的性能 也不同。
(2)在某些合金中，在显微镜下观察它们的组织， 组成相相同，且形状、大小无明显差异，只是其 成分有所不同，这时表现出来的性能也不相同。
(1) 固溶体的分类
按溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体可分为： 置换固溶体和间隙固溶体
按溶解度固溶体可分为：有限固溶体和无限固溶体
溶解度：溶质在固溶体中的极限浓度即为溶质在 固溶体中的溶解度。 若超过这个溶解度有其他相形成，则此种固溶体 为有限固溶体。 若溶质可以任意比例溶入，即溶质的溶解度可达 100，则固溶体为无限固溶体。 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律可分为： 无序固溶体和有序固溶体
复杂结构的间隙化合物 间隙相
金属化合物特点： 熔点较高、硬度高、脆性大。
Fe3C
(1)正常价化合物 严格遵守化合价化合规律的化合物称正常 价化合物。如：Mg2Si
(2)电子化合物 不遵守化合价规律但符合一定电子浓度的化合物 称电子化合物。 电子浓度是指化合物中价电子数与原子数之比。
价电子指原子核外电子中能与其他原子相互作用形成化学键的电子
第3章 二元合金与相图
主要内容：
1.合金、相图等相关概念，以及合金的类型； 2. 三种基本相图、及其平衡结晶过程分析，形
成合金的显微组织及杠杆定律； 3. 合金的结晶过程
第三章 二元合金与相图
思考
1. 纯金属的强度不高，耐热、耐蚀性能较差， 如何改善？ 2. 合金的结晶过程是否与纯金属的结晶过程 相同？ 3. 相同成分不同含量的合金的结晶过程是否相 同？怎样表示？
(2) 固溶体的性质 什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么? ①固溶强化就是通过形成固溶体使金属强度 和硬度提高的现象。 ②造成固溶强化的原因是固溶体随着溶质原 子的溶入而晶格发生畸变,晶格畸变增大位错运动 的阻力 , 使金属的滑移变形变得更加困难 , 从而提 高合金的强度和硬度。
2.金属化合物 正常价化合物 金属化合物 电子化合物 间隙化合物
①间隙相：当非金属原子半径与金属原子 半径之比小于0.59时，形成具有简单晶格的间 隙化合物称为间隙相。例：VC
②复杂结构的间隙化合物：当非金属原 子半径与金属原子半径之比大于0.59时，形成 具有复杂结构晶格的间隙化合物。例： Fe3C
间隙固溶体和间隙相有什么不同？ 间隙固溶体：溶质原子进入溶剂晶格的间隙 之中的固溶体叫间隙固溶体。其结构与组元之一 相同。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径之 比小于0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物称 为间隙相。其结构和特性完全不同于任一组元。
例：求CuZn的电子浓度？ 在元素周期表中Cu排29，Zn排30 则价电子数：1(Cu)+2(Zn)=3 原子数：1(Cu)+1(Zn)=2 电子浓度=3/2 问Cu5Zn8 电子浓度为多少？
(3)间隙化合物 由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等 原子半径较小的非金属元素形成的化合物为 间隙化合物。
液相
相
固相
固溶体
金属化合物
合金组元相互作 用形成的晶格类 型和特性完全不 同于任一组元的 新相。
相：
组元：
1. 固溶体
固溶体：溶质原子溶入金属熔剂中形成的合金相 称为固溶体。 “固体溶液” 与固溶体晶格相同的组元为溶剂，一般在合 金中含量较多，另一组元为溶质，含量较少。 固溶体用α、β、γ等符号表示，A、B组元组 成的固溶体用A(B),其中A为溶剂，B为溶质； 固溶体的晶体结构特点 *均一的、保持熔剂金属的晶体结构 *晶格常数发生一定变化
3.1.1 固态合金中的相结构及组织概念
合金：一种元素同另一种或几种其他元素 ，通过熔化或其他方法结合在一起所形成 的具有金属特性的物质。
组元：组成合金独立的最基本的单元。组元可以是元 素或是稳定化合物。 由两个组元组成的合金称为二元合金。
如：铁碳合金、铜镍合金
相：凡化学成分相同（可连续变化 ）、晶体结构相同 并有界面与其他部分分开的均匀组成部分称为相。 合金组元通过溶解 形成一种成分和性 能均匀、且结构与 组元之一相同。
3.2 二元合金的结晶与相图
合金的结晶通常运用合金相图来分析（合金 的结晶过程）。 什么是相图？ (phase diagram) 表明合金系中各种合 金相的平衡条件和相与相 之间关系的一种简明示图 （温度-成分-（表）相） A B
2.组织的决定因素 组织的决定因素：化学成分和工艺过程 化学成分不 同显微组织 不同。
(a) w(c)=0.01%铁素体 (b) w(c)=0.45%铁素体+珠光体
(c) w(c)=0.77%珠光体
(d) w(c)=1.2%珠光体 +二次渗碳体
化学成分相同，热处理工艺不 同，显微组织形态不同。
w(c)=0.77%
3.1.2金属材料的组织 1.组织的概念 金相试样的制备： 取样(小块金属材料) →磨光(用金相砂纸) →抛 光(用绒布+抛光剂) →腐蚀→吹干 在显微镜下观察，可以看到金属材料内 部的微观形貌。这种微观形貌称做显微组织 ，简称组织。
抛光机
金相显微镜
1-光源 2-拨盘 3-底座物镜 4-孔径光阑 5-视场光阑旋钮 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-视场光阑滚花螺丝 7-固定滚花螺钉 8-双筒目镜镜管 9-目镜 10-载物台 ll-物镜 12-物镜转换盘 13-镜架 14-粗调手轮 15-微调手轮
3.1.3 金属材料的工艺性能
工艺性能：指制造工艺过程中材料适应加工的性能。
使用性能：指金属材料在使用情况下所表现出来的性能。 1.2.1金属材料的工艺性能
零
件
1.铸造性能 金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称 为铸造性能。 2.锻造性能 金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称为 锻造性能。 3.焊接性能 金属材料对焊接加工的适应性称为焊接性能。 4.切削加工性能 切削加工一般用切削后的表面质量和刀具寿 命来表示。 5.热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即 钢接受淬火的能力。
w(c)=0.77%
球状珠光体
3.组织与性能的关系
金属材料的性能由金属内部的组织结构所决定。
注意： (1)在某些情况下，金属的组织名称相同，组成相 也相同，但晶粒形状、大小不同，则它们的性能 也不同。
(2)在某些合金中，在显微镜下观察它们的组织， 组成相相同，且形状、大小无明显差异，只是其 成分有所不同，这时表现出来的性能也不相同。
(1) 固溶体的分类
按溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体可分为： 置换固溶体和间隙固溶体
按溶解度固溶体可分为：有限固溶体和无限固溶体
溶解度：溶质在固溶体中的极限浓度即为溶质在 固溶体中的溶解度。 若超过这个溶解度有其他相形成，则此种固溶体 为有限固溶体。 若溶质可以任意比例溶入，即溶质的溶解度可达 100，则固溶体为无限固溶体。 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律可分为： 无序固溶体和有序固溶体
复杂结构的间隙化合物 间隙相
金属化合物特点： 熔点较高、硬度高、脆性大。
Fe3C
(1)正常价化合物 严格遵守化合价化合规律的化合物称正常 价化合物。如：Mg2Si
(2)电子化合物 不遵守化合价规律但符合一定电子浓度的化合物 称电子化合物。 电子浓度是指化合物中价电子数与原子数之比。
价电子指原子核外电子中能与其他原子相互作用形成化学键的电子
第3章 二元合金与相图
主要内容：
1.合金、相图等相关概念，以及合金的类型； 2. 三种基本相图、及其平衡结晶过程分析，形
成合金的显微组织及杠杆定律； 3. 合金的结晶过程
第三章 二元合金与相图
思考
1. 纯金属的强度不高，耐热、耐蚀性能较差， 如何改善？ 2. 合金的结晶过程是否与纯金属的结晶过程 相同？ 3. 相同成分不同含量的合金的结晶过程是否相 同？怎样表示？
(2) 固溶体的性质 什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么? ①固溶强化就是通过形成固溶体使金属强度 和硬度提高的现象。 ②造成固溶强化的原因是固溶体随着溶质原 子的溶入而晶格发生畸变,晶格畸变增大位错运动 的阻力 , 使金属的滑移变形变得更加困难 , 从而提 高合金的强度和硬度。
2.金属化合物 正常价化合物 金属化合物 电子化合物 间隙化合物
①间隙相：当非金属原子半径与金属原子 半径之比小于0.59时，形成具有简单晶格的间 隙化合物称为间隙相。例：VC
②复杂结构的间隙化合物：当非金属原 子半径与金属原子半径之比大于0.59时，形成 具有复杂结构晶格的间隙化合物。例： Fe3C
间隙固溶体和间隙相有什么不同？ 间隙固溶体：溶质原子进入溶剂晶格的间隙 之中的固溶体叫间隙固溶体。其结构与组元之一 相同。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径之 比小于0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物称 为间隙相。其结构和特性完全不同于任一组元。
例：求CuZn的电子浓度？ 在元素周期表中Cu排29，Zn排30 则价电子数：1(Cu)+2(Zn)=3 原子数：1(Cu)+1(Zn)=2 电子浓度=3/2 问Cu5Zn8 电子浓度为多少？
(3)间隙化合物 由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等 原子半径较小的非金属元素形成的化合物为 间隙化合物。
液相
相
固相
固溶体
金属化合物
合金组元相互作 用形成的晶格类 型和特性完全不 同于任一组元的 新相。
相：
组元：
1. 固溶体
固溶体：溶质原子溶入金属熔剂中形成的合金相 称为固溶体。 “固体溶液” 与固溶体晶格相同的组元为溶剂，一般在合 金中含量较多，另一组元为溶质，含量较少。 固溶体用α、β、γ等符号表示，A、B组元组 成的固溶体用A(B),其中A为溶剂，B为溶质； 固溶体的晶体结构特点 *均一的、保持熔剂金属的晶体结构 *晶格常数发生一定变化
3.1.1 固态合金中的相结构及组织概念
合金：一种元素同另一种或几种其他元素 ，通过熔化或其他方法结合在一起所形成 的具有金属特性的物质。
组元：组成合金独立的最基本的单元。组元可以是元 素或是稳定化合物。 由两个组元组成的合金称为二元合金。
如：铁碳合金、铜镍合金
相：凡化学成分相同（可连续变化 ）、晶体结构相同 并有界面与其他部分分开的均匀组成部分称为相。 合金组元通过溶解 形成一种成分和性 能均匀、且结构与 组元之一相同。
3.2 二元合金的结晶与相图
合金的结晶通常运用合金相图来分析（合金 的结晶过程）。 什么是相图？ (phase diagram) 表明合金系中各种合 金相的平衡条件和相与相 之间关系的一种简明示图 （温度-成分-（表）相） A B
2.组织的决定因素 组织的决定因素：化学成分和工艺过程 化学成分不 同显微组织 不同。
(a) w(c)=0.01%铁素体 (b) w(c)=0.45%铁素体+珠光体
(c) w(c)=0.77%珠光体
(d) w(c)=1.2%珠光体 +二次渗碳体
化学成分相同，热处理工艺不 同，显微组织形态不同。
w(c)=0.77%
3.1.2金属材料的组织 1.组织的概念 金相试样的制备： 取样(小块金属材料) →磨光(用金相砂纸) →抛 光(用绒布+抛光剂) →腐蚀→吹干 在显微镜下观察，可以看到金属材料内 部的微观形貌。这种微观形貌称做显微组织 ，简称组织。
抛光机
金相显微镜
1-光源 2-拨盘 3-底座物镜 4-孔径光阑 5-视场光阑旋钮 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-视场光阑滚花螺丝 7-固定滚花螺钉 8-双筒目镜镜管 9-目镜 10-载物台 ll-物镜 12-物镜转换盘 13-镜架 14-粗调手轮 15-微调手轮
3.1.3 金属材料的工艺性能
工艺性能：指制造工艺过程中材料适应加工的性能。
使用性能：指金属材料在使用情况下所表现出来的性能。 1.2.1金属材料的工艺性能
零
件
1.铸造性能 金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称 为铸造性能。 2.锻造性能 金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称为 锻造性能。 3.焊接性能 金属材料对焊接加工的适应性称为焊接性能。 4.切削加工性能 切削加工一般用切削后的表面质量和刀具寿 命来表示。 5.热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即 钢接受淬火的能力。