合金的结构和相图优秀课件

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％。
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
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，
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。
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
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
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。
原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。
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
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。
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；
• 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
Cu
成分（wt%Ni）
（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。
• 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。