合金的结构和相图优秀课件

4、相 5、组织
合金中具有同一化学成分、结构相同并与其他部分由 界面分开的独立均匀的部分。
在金相显微镜下观察到的，材料内部的微观形貌图像 （显微组织）.
铁素体
二、合金的相结构
根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金 的相可分为固溶体和金属化合物两大类。
1、固溶体
固态合金中，在一种元素的晶格结构中包含有其 它元素的合金相称为固溶体。前一种元素称为溶剂元 素，后一种元素称为溶质元素。
原子半径差和晶格类型有关。
（1）若二组元在周期表中位置相近，负电性相差很小，化学亲 和力较弱，容易形成置换固溶体。否则易形成化合物。
（2）二组元的原子半径相差小且小于 14％～15％时，有利于形成置换固 溶体。否则易形成间隙固溶体。 （3）若二组元的晶格类型相同时，能 形成无限的固溶体，否则形成有限固 溶体。
• 2）间隙固溶体 • 溶质原子分布在溶剂晶格各节点的间隙中而形成的
固溶体。
• 由于溶剂晶格的间隙是有限的，因此间隙固溶体通 常是有限固溶体，并且其形成与原子半径差有关、其溶 解度的大小与溶剂晶格中的间隙半径和温度有关。
（1）原子半径差越大（即溶质原子的半径 越小，溶剂原子的半径越大）越容易形成 间隙固溶体。 （2）溶剂晶格中的间隙半径越大，固溶体 的溶解度越大。温度越高固溶体的溶解度也 越大。
结构分析法等。
测定二元合金相图的步骤：
以铜镍合金为例: （1）配制几组成分不同的Cu-Ni（白铜）合金； （2）分别将它们熔化，然后极缓慢冷却，同时测
定其从液态到室温的冷却曲线；
（23、）3找、出4各、冷TC却u及曲结线晶上终开了始的结温晶度的点温（度称点为T临Ni、界1点、） TNi、1’、2’、3’、 4’、 TCu；
例. （CuNi）合金 Cu的原子序数为29，原 子半径为2.55 A,Ni为28，原子半径为2.44A， 在周期表中的位置相近，原子半径相差很小， 晶体结构都为面心立方晶格，故形成置换固 溶体，其溶解度是无限的。
（CuZn） Zn的原子半径2.75A,晶体结构为密 排六方，形成置换固溶体，其溶解度是有限 的。
• 下面以Ｃu-Ni合金相图为例分析这类相图 的图形及结晶过程特点 。
(1) 相图分析
相图由两条线构 成，上面是液相线，下 面是固相线。
相图被两条线分为 三个相区，液相线以上 为液相区L ，固相线以 下为 固溶体区，两条 线之间为两相共存的两 相区（L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线
Baidu Nhomakorabea
Cu
成分（wt%Ni）
2、金属化合物（看书）
金属化合物是合金组元之间相互发生作用而形成
具有金属特性的一种新相。金属化合物的晶格类型 不同于组成它的任一组元，具有复杂的晶格类型。 根据形成条件及晶体结构可以分成三种： 1）正常价化合物：化学式符合化合价，象Mg2Si 2）电子化合物： 不符合化合价规律而是按照一定
的电子浓度组成。象β电子化合 物CuZn的含锌量为36.8～56.5％。
例. 碳钢中的铁素体和奥氏体就是碳原子 溶入了α – Fe（溶解度为0.0218％)和γ – Fe（溶解度为2.11%)中形成两种间隙固溶 体。
3）固溶强化
• 由于溶质原子的溶入，导致溶剂晶格 发生畸变，增加位错运动阻力，使合金的 塑性变形抗力增加，强度、硬度提高的现 象称为固溶强化。
• 它是金属材料强化的重要途径。
3）间隙化合物： 同样不符合化合价规则。主要决
定于二组元的原子半径。象过渡元 素（Fe，Cr 等）和非金属元素 （C,N,B等)
金属化合物的性能:
由于金属化合物一般具有复杂的化合键和晶 格结构，其熔点高，硬而脆。
合金中的金属化合物使合金的强度、硬度和 耐磨性提高，但会降低塑性和韧性。
因此，它是碳钢、合金钢、硬质合金和许多 有色合金的重要强化相。与固溶体适当配合，可 以满足材料所需要的性能要求。 的的W强如2度C碳、、钢硬硬中度质的、合F耐金e3磨中C性的、和W工C热具和硬钢T性中iC等的等。V，C提、高高了速材钢料中
3、机械混合物
由两种或两种以上的组元、固溶体或金 属化合物按一定重量比例组成的均匀物质称为 机械混合物。 （珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，莱
氏体是奥氏体和渗碳体的混合物）
混合物中各组成部分仍按自己原来的晶格 形式结合成晶体，如铁素体和渗碳体形成珠光 体。混合物的性能取决于组成混合物的各部分 的性能，及其数量、大小、分布和形态。
三、二元合金相图
• 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织 随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工 及热处理工艺的重要依据。
•
利用相图可以表示不同成分的合金、在不同
温度下，由哪些相组成、以及合金在加热或冷却
过程中可能发生的转变等。
•
目前使用的相图几乎都是通过实验测定的。
实验的方法很多，有热分析法、膨胀法、X射线
合金的结构和相图
2.1 合金的相结构
一、合金的基本概念
1、合金 指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成 的具有金属特性的物质。Fe3C,黄铜（CuZn）
2、组元 组成合金最基本的、独立的单元，简称元。
3、合金系 若干给定组元按不同的比例配制成一系列成分不同 的合金，构成合金系统，简称合金系。碳钢和灰铸铁 属于铁碳合金系
溶质原子溶于固溶体中的量，称为固溶体的浓度 在一定条件下溶质元素在固溶体中的极限浓度叫做溶 质在固溶体中的溶解度
根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置不同， 可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。
1）置换固溶体 溶质原子部分地占据溶剂晶格节点 的位置而形成的固溶体。
置换固溶体的形成和溶解度与二组元的负电性，
（4）将各临界点标在 以温度为纵坐标，以成分为 横坐标轴的图形中相应合金的成分垂线上，并将 意义相同的临界点连接起来，即得到Cu-Ni合金 相图。
1. 匀晶相图
• 组成二元合金的两组元在液态和固态均能 无限互溶的合金系所形成的相图称二元匀 晶相图
• 例如，Cu-Ni、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、 Mo-W合金的相图都属于这类相图。
Ni
(2)合金的平衡结晶过程
当液态金属自高温冷却
到 t1温度时，开始结晶出成
L
分为1的固溶体，其Ni含量