金属材料与热处理 模块四 课题一 合金的相及组织的基本类型
合金组织常见基本类型
合金组织常见基本类型合金组织是一种由两种或更多金属或非金属元素组成的材料。
这些元素通过物理或化学方法结合在一起，形成了新的材料，具有独特的性能和用途。
合金组织种类繁多，常见的基本类型包括以下几种：1. 合固溶体型合金组织：合固溶体型合金是由两种或更多金属元素组成，通过固溶体的形式混合在一起。
其中一种金属是主要的溶质，而其他金属是溶剂。
这种合金组织具有均匀的结构，可以提高材料的强度和硬度。
2. 间质溶质型合金组织：间质溶质型合金是由金属元素和非金属元素（间质元素）组成的。
在这种合金中，间质元素通过溶解在金属晶格中，改变晶格结构和性能。
这种合金组织可以提高材料的耐腐蚀性和耐磨性。
3. 相变型合金组织：相变型合金是由两种或更多金属元素组成，通过相变的方式改变组织结构和性能。
这些相变包括固态相变（如时效硬化）和液态相变（如淬火）。
相变型合金组织具有优异的热处理性能和可调性，广泛应用于高温、高压和高强度领域。
4. 亚稳型合金组织：亚稳型合金是指具有非平衡结构和性能的合金组织。
这种合金通过控制制备条件，利用物理或化学方法使材料呈现亚稳状态。
亚稳型合金常用于高性能材料、储氢材料和电子器件等领域。
合金组织的选择和设计对材料的性能至关重要。
通过选择适当的合金组织，可以改善材料的力学性能、热学性能、耐腐蚀性等方面的特性。
同时，合金组织还可以影响材料的可加工性和可靠性。
在合金组织的研究和设计中，需要综合考虑合金元素的成分、比例、热处理工艺以及材料的使用环境和要求等因素。
通过合金组织的巧妙设计和调控，可以实现材料性能的最大化和优化，推动相关工业领域的发展和进步。
总之，合金组织是材料科学和工程领域的重要研究方向之一。
通过深入了解合金组织的种类和特性，可以为合金材料的开发和应用提供有力的指导，促进材料技术的进步和创新。
金属学及热处理 第3章 合金的结构与相图
2.金属化合物的性能特点 具有不同于任一组元的，全新的晶体结构。
高熔点 高硬度 脆性大
分析：关公的大刀该有什么材料制成？
合金仅由金属化合物组成：虽然有很高的硬度，但脆性 太大，无法应用。
合金仅由固溶体组成：则往往强度、硬度等不够高，使 用受到一定限制。
绝大多数的工业合金，其组织为固溶体（基体）+ 少量 金属化合物（强化相）所构成的机械混合物（Mechanical Mixture），合金的性能就取决于它们的性质、形态、大小、 数量等。
60%Ni、20%Cu-80%Ni、100%Ni等6个合金。 （2）分别测定上述合金冷却曲线； （3）在冷却曲线上找出合金的各临界点，即：合金结晶开始和
结晶终了的温度点； （4）将各临界点标在相图相应的成分轴上（纵座标为温度，横
座标为成分）； （5）将性质相同的临界点分别连接起来，获得液相线、固相线。
第3章 合金的结构与相图
[目标] 1.了解二元合金状态图的建立、典型二元合金相图; 2.掌握二元合金相图及其与合金性能关系;
[重点] 1.相与组织概念； 2.二元合金相图的分析应用； 3.杆杆定律及其应用；
[难点]
1.相与组织概念；
2.杆杆定律及其应用。
3.1合金的基本概念
1.合金:以一种金属元素为主体，加入其他金属或非 金属元素后具有金属特性的物质。 2.组元:组成合金最基本、独立的物质（元）。有二 元合金、三元合金、多元合金。 3.合金系:一系列由两个或多个给定组元所组成的具 有不同成分的合金构成一个合金系。
4.相:合金中结构相同、成分和性能均一，并以界面相 互分开的组成部分。
合金性能与相的性质、数量、大小、形态及分布密 切相关。
5.组织：借助肉眼或显微镜所 观察到的金属材料内部各相及 其形貌。
金属材料与热处理课件——合金的组织
混合物
二、固溶体
❖ 1.定义：一种组元的原子溶入另一组元的晶 格中所组成的均匀固相。
❖ 2.溶质——溶入的元素 溶剂——基体元素 固溶体仍保持溶剂的晶格类型
❖ 3.分类：A——间隙固溶体 B ——置换固溶体
❖ 1.定义：溶质间原隙子分固布溶于溶体剂晶格间隙
中而形成的固溶体。 ❖ 2.结构示意图分析：
白铜
铁合金
不锈钢
生铁和钢都是含碳 量不同的铁的两种 合金。生铁含碳量 为2%~4.3%，钢为 0.03%~2%。
钛合金
钛 合 金 用 在 火 箭 中
钛合金做的手机外壳
铝合金
课题：§7-1合金的组织
一、合金的定义及相关术语
1.合金：一种金属元素与其他金属元素或非
金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具 有金属特性的材料。
复习引入：
❖ 1.金属的分类
❖ 2.元素周期表：（1）大概有多少种？ （2）主要以何种形式存在？
❖ 3.想一想、讲一讲：你所见到的合金
金属的分类
黑色金属 ：铁、铬、锰；
分 类
有色金属：其余的金属，如铜、铂、金等。
金属元素的存在
在人类已发现的100多种元素中，有80多种是金属元素
铜合金
青铜
黄铜
溶剂原子
溶质原子
置换固溶体
1.定义：溶质原子置换了溶剂晶格结点上
某些原子而形成的固溶体。 2.结构示意图分析：
溶剂原子
溶质原子
固溶强化：通过溶入溶质元素形成固溶
体，使金属材料强度、硬度升高的现象。
溶剂原子
溶质原子
溶质原子的溶入使溶剂晶格发畸变， 从而使合金对塑性变形的抗力增加。
课堂练习
❖ 1.判断：固溶体的晶格类型与溶剂的晶 格类型相同 ？
金属材料及热处理：合金的结构与结晶
合金
• 基本概念
–合金 –组元 –系 –相
←α相 ←相界 ←β相
气相
液相
一、合金的相结构
• 固溶体
–置换固溶体
–间隙固溶体
固溶强化（强度硬度升高，塑性韧性下降）
合金的相结构
• 金属化合物
–渗碳体（Fe3C） 正交晶系，每个碳原 子分布于 6 个铁原子 排列的间隙处
二、合金的组织
种结晶出的晶体与母相的化学成分不同的结晶称为异分结晶， 或称选择结晶。 • 固溶体合金的结晶需要一定的温度范围。
在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数量的固相。 固溶体合金在结晶时，始终进行着溶质和溶剂原子的扩散过 程，其中不但包括液相和固相内部原子的扩散，而且包括固相 与液相通过界面进行的原子互扩散，这就需要足够长的时间， 才得以保证平衡结晶过程的进行。
• 由相组成
•ห้องสมุดไป่ตู้取决于相的种类、数量、形态、分布情况
三、二元合金相图的建立
• 相律（系统压力为常数时） f=c-p+1 f 自由度； c 系统的组元数； p 平衡条件下 系统的相数
• 杠杆定律
三、合金的结晶
形核与长大
• 过冷 • 结构起伏 • 能量起伏 • 成分起伏
结晶时过冷度越大，临界晶核半径，形核时所需 的能量起伏越小，同时结晶出来的固相成分和原液相 成分越接近，即越容易满足对成分起伏的要求。
成分起伏
• 通常所说的液态合金成分是指的宏观平均成分。 • 但从微观角度来看，由于原子运动的结果，在
任一瞬间，液相中总会有某些微小体积可能偏 离液相的平均成分，这些微小体积的成分、大 小和位置都是在不断变化着，这就是成分起伏。
合金结晶与纯金属结晶的区别
相、合金、组织
第2章纯金属的结晶与铁碳合金不同的金属材料具有不同的性能，即使是同一种材料，在不同的条件下其性能也不相同。
金属材料之所以具有不同的性能与它的晶体结构有密切的关系。
纯金属虽然具有好的导电性、导热性，在工业中获得了一定的应用，但力学性能较低，价格较高，且种类有限，因此，工业生产上应用的金属材料大都是合金，尤其是铁碳合金。
第一节金属的晶体结构一、金属的晶体结构金属及合金的性能是由其成分及内部的结构所决定。
一切固态物质按其构造可分为晶体（crystalloid，crystal）与非晶体（noncrystal）两种。
非晶体的特点是原子的排列不规则，如玻璃、沥青和松香等都是非晶体。
晶体的特点是它们的原子都按一定的次序作有规则的排列，如金刚石、石墨和一切固态金属都属于晶体。
为了便于分析和描述晶体中原子排列的情况，把每个原子看成一个小球，把这些小球用假想线条连接起来，就得到一个抽象化了的空间格子。
这种表示晶体中原子排列形式的空间格子叫晶格（crystal lattice）。
晶格的最小单元称为晶胞（unit cell）。
晶胞中原子排列的规律能完全代表整个晶格中原子排列的规律，人们研究金属的晶格结构，一般都是取出晶胞来研究的。
二、常见的晶格类型常见的金属晶体的晶格形式有如下三种：1.体心立方晶格（BCC（Body-Centered Cubic [lattice]））原子分布在立方体的各结点和中心处，其特点是金属原子占据着立方体的八个顶角和中心，属于这一类的金属有铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)和α-Fe(温度小于912℃纯铁)。
这类金属有相当大的强度和较好的塑性。
2.面心立方晶格（FCC（Face Centered Cubic [lattice]））原子分布在立方体的各结点和各面的中心处。
金属原子除占据立方体的八个顶角外，立方体的六个面的中心也各有一个金属原子。
属于这种晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和γ-Fe等（温度在1394℃～912℃纯铁)。
金属材料与热处理 模块四 课题三 铁碳合金的组织和Fe-C合金相图
渗碳体的晶格
渗碳体的显微组织
必备知识
5.珠光体（P） 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物， 用符号P表示。它是铁素体和渗碳体层 片相间、交替排列形成的混合物。其 显微组织图如图4-18所示其中白色为 铁素体基体，黑色线条为渗碳体。珠 光体的含碳量为0.77%，由于珠光体 是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的 混合物，所以其力学性能是两者的综 合，强度较高，硬度适中，具有一定 的塑性。
Fe—Fe3C相图中七个特性点的温度、含碳量以及含义
点的符号
A C D E G S P
温度℃ 1538 1148 1227 1148 912 727 727
含碳量（%）
含义
0
纯铁熔点
4.3
共晶点，L⇌Ld(A+Fe3C)
6.69
渗碳体的熔点
2.11
碳在奥氏体（γ-Fe）中的最大溶解度点
0
纯铁的同素异构转变点，α—Fe⇌γ-Fe
（2）AECF线。 固相线，对应成分的液态合金冷却到此线上的对应点时完成结晶过程，变为固态，此线之下为 固相区域。在液相线与固相线之间是液态合金从开始结晶到结晶终了的过渡区，所以此区域液相与固相并存。AEC 区内为液相合金与固相奥氏体，CDF区内为液相合金与固相渗碳体。
（3）GS线 。奥氏体冷却时析出铁素体的开始线 （或加热时铁素体转变成奥氏体的终止线），又称A3线。奥氏 体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果。
（4）ES线 。 碳在奥氏体（γ-Fe）中的溶解度曲线，又称ACm线。 奥氏体的溶碳能力沿该线上的对应点变化。 在1148℃时，碳在奥氏体中的溶解度为2.11%（E点的含碳量），在727℃时降到0.77%（S点的含碳量）。在AGSE区 内为单相奥氏体。含碳量较高（>0.77%）的奥氏体，在从1148℃缓冷到727℃的过程中，由于其溶碳能力降低，多 余的碳会以渗碳体的形式从奥氏体中析出，称为二次渗碳体（Fe3CⅡ）。
4铁碳合金的基本组织及合金相图分析
模块二 金属学的基本知识
3、特性点 A点：纯铁的熔点 ；1538℃ ；Wc=0 C点：共晶点；1148℃； Wc=4.3% D点：渗碳体的熔点； 1227℃； Wc=6.69% S点：共析点 ；727℃； Wc=0.77% G点：纯铁的同素异晶转变点； 912℃ E点：C在γ-Fe中最大溶解度；1148℃； Wc=2.11% P点：C在α-Fe中最大溶解度；727 ℃ Q点： 600 ℃时C在α-Fe中的溶解度
模块二 金属学的基本知识
3、制定热加工工艺： 在铸造工艺方面，根据相图可确定合适的熔化温 度和浇注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好； 在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度 范围（800℃左右）应在奥氏体区；在焊接工艺方面， 含碳量越低，焊接性能越好。 4、应用于热处理生产： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织 的变化，可以进行热处理（退火、正火、淬火）。并 且可以正确选择加热温度。
模块二 金属学的基本知识
5、相区及其组织 4个单相区、5个两相区、2个三相共存线 1）4个单相区：
①液相区ACD线以上区域：L ②AESGA区：A
③GPQG区：F
④DFK直线区：Fe3C
2）5个单相区：
①ACEA区域：L+A
②CDFC区域：L+Fe3C ③EFKSE区域：A+Fe3C ④GSPG区域：F+A ⑤PSK线以下区域（室温）：F+Fe3C
模块二 金属学的基本知识
PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的 铁碳合金至此反生共析转变，产生珠光体P ， 又称A1线。 727º C As P(F+Fe3C) ES：C在γ -Fe中的溶解度曲线，又称Acm线。 二次渗碳体析出。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入 A，又称A3线。 PQ ： C在α -Fe中的溶解度曲线，三次渗碳体 析出。
合金组织常见基本类型
合金组织常见基本类型
合金组织常见的基本类型主要包括以下几种：
1. 铸造合金：多种金属通过熔融混合后，倒入模具中进行冷却凝固而形成的一种合金。
常见的铸造合金有铁铸件、铝铸件、铜铸件等。
2. 粉末冶金合金：通过将金属或合金原料粉末混合，并按一定的比例和工艺条件，利用压制、烧结等工艺制备出的合金材料。
常见的粉末冶金合金有钢粉末冶金件、钛合金粉末冶金件等。
3. 变形合金：通过对金属进行锻造、轧制、拉伸等力的作用，使其形状和性能发生变化而形成的合金。
常见的变形合金有高速钢、不锈钢、铝合金等。
4. 焊接合金：通过焊接技术将两种或多种金属材料拼接起来形成的合金。
常见的焊接合金有焊接钢材、焊接铝材、焊接铜材等。
5. 钎焊合金：通过钎焊技术将金属材料与较低熔点的合金焊料连接起来形成的合金。
常见的钎焊合金有银焊料、铝焊料、黄铜焊料等。
6. 热处理合金：通过热处理工艺对金属进行加热或冷却处理，改变其组织结构和性能而形成的合金。
常见的热处理合金有时效硬化铝合金、奥氏体不锈钢等。
7. 复合材料：将两种或多种不同材料通过化学结合或物理结合的方式组合在一起，形成具有新的性能和用途的合金。
常见的复合材料有金属基复合材料、聚合物基复合材料等。
金属学与热处理--合金的结构与相图共101页文档
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
金属学与热处理--合金的结构与相图 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
ห้องสมุดไป่ตู้
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
金属材料与热处理 模块四 模块四 Fe-Fe3C合金相图的应用
我们已经学习了Fe—铁碳合金的组织和性能各不相同，那么这些在实际生产中，它们有什么应用 呢？
案例分析
尽管都是铁碳合金，工业上制造重要的传动件大都选用中碳钢 ，而制造刀具、量具却选用高碳钢。成分不同的铁碳合金，其组 织和性能也不相同，因此它们有各自的用途，我们可以根据Fe— Fe3C合金相图分析它们的成分、组织和性能，进而确定不同铁碳 合金的具体应用范围。
必备知识
三、Fe-Fe3C相图在应用时的局限性 由于Fe-Fe3C相图只反映了铁和碳二元合金在平衡条件下即缓慢 加热和缓慢冷却条件下的状态。而实际上，在工业生产中，铁碳 合金中不仅仅含有铁和碳，还有其他杂质元素，有时为了改善和 提高钢铁材料的性能，也会人为地加入一些合金元素，这样FeFe3C相图将会发生一定程度的变化。而且实际生产中，为了提高 生产率，加热和冷却速度一般都比较快，这样只用Fe-Fe3C相图进 行分析就不够准确。所以Fe-Fe3C相图在实际应用中有一定的局限 性。
必备知识
Fe—Fe3C合金相图总结了铁碳合金的成分、组织和性能之间的变化规律，所以Fe— Fe3C合金相图在实际生产中具有重要的意义，主要应用在钢铁材料的选用和热加工工 艺的制定两个方面。 • 一、Fe—Fe3C相图在钢铁材料的选用方面的应用
铁碳合金相图表明含碳量不同时，其组织、性能的变化规律，这为生产实践中的选 材提供了依据。
钢材轧制或锻造的温度范围
必备知识
3.在焊接工艺方面的应用 焊接过程中，焊接件从焊缝到母材各区域的距离不同，各区域 受到焊缝热影响的程度不同，导致各区域的加热温度不同，可以 根据Fe—Fe3C合金相图分析，受不同加热温度的各个区域在随后 的冷却过程中可能会出现的不同组织结构，为热处理改善其性能 提供依据。 4.在热处理工艺上的应用 Fe-Fe3C相图中左下角部分是钢进行热处理的重要依据，不同含 碳量的钢在加热和冷却时发生相变的规律和对应温度，是对不同 含碳量的钢采用不同热处理工艺时确定加热温度的重要依据。
《金属材料与热处理》综合训练知识点训练解答（大学期末复习资料）
《金属材料与热处理》综合训练知识点训练解答（大学期末复习资料）模块二金属的晶体结构（P36）1.名词解释:晶体、晶格、晶胞、多晶体、晶粒、晶界、点缺陷。
答：晶体：晶体是指组成物质的微粒在三维空间做有规则、周期性排列形成的物质。
晶格：为了更清楚地表示晶体中原子的排列规律，可以将原子简化为一个质点，并且用假想的线条将各个原子的中心连接起来，这样就形成了一个能够抽象的、用于反映原子排列规律的空间格架，称为晶格晶胞：晶体中能够完全反映晶格特征的最小的几何单元。
多晶体：多晶体是指整块金属材料包含着许多小晶体，每个小晶体的晶格位向基本一致，但是各个小晶体之间的位向不同。
由许多小晶体组成的晶体结构称为多晶体结构。
晶粒：多晶体中的每个外形不规则的、呈颗粒状的小晶体称为晶粒。
晶界：多晶体材料中相邻晶粒的界面称为晶界。
点缺陷：是指在原子尺寸范围内在长、宽、高三个尺寸方向上尺寸都很小的缺陷。
2.实际金属晶体中存在哪几种缺陷?这些缺陷对金属性能有何影响?答：按照几何特征不同，晶体缺陷可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
其中点缺陷包括空位、间隙原子和置换原子；线缺陷就是各种类型的位错，基本类型有刃型位错和螺型位错两种；面缺陷就是晶界、亚晶界。
各类缺陷的出现使原子间作用力的平衡遭到破坏，促使缺陷周围的原子发生靠拢或撑开，即产生了晶格畸变。
晶格畸变将会引起金属强度、硬度、电阻等性能的变化。
3.金属中常见的晶体结构有哪几种?答：体心立方晶格（bcc）、面心立方晶格（fcc）和密排六方晶格（hcp）三种。
模块三金属的结晶（P46）一、填空题1、金属的结晶是指由原子不规则排列的近程有序，转变为原子规则排列的晶体过程。
2、纯金属的冷却曲线是用热分析法测定的。
冷却曲线的纵坐标表示温度，横坐标表示冷却时间。
3、金属的理论结晶温度和金属的实际结晶温度之差称为过冷度。
4、过冷度的大小与冷却速度有关，冷速越快，金属的实际结晶温度越，过冷度也就越大。
金属材料与热处理第4章铁碳合金课件.ppt
4.2 二元合金相图
4.2.1 二元合金相图的表示方法 4.2.2 二元合金匀晶相图分析 4.2.3 二元合金共晶相图分析
4.2.1 二元合金相图的表示方法
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温 度和成分之间的关系，简称相图或状态图。
它是了解合金中各种组织的形成与变化规律的有效工 具，是合金在极缓慢冷却、接近平衡条件下测绘的，又 称平衡图。
a)间隙固溶体 b)置换固溶体 溶质原子对晶格畸变影响示意图
4.1.3 金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质 称为金属化合物。
金属化合物可用化学分子式来表示。金属化合物的晶格类 型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构，其性能具有 “三高一稳定”的特点，即高熔点、高硬度、高脆性和良好 的化学稳定性。
相：合金中化学成分、结构相同的组成部分称为相，相与 相之间具有明显的界限。
合金的组织是指合金中不同相之间相互组合而成的综合 体 。各相的数量、形状、大小及分布方式的不同形成了 合金组织。
4.1.2 固溶体
固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的
晶格中所形成的均匀固相，称为固溶体。溶入
的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶
1点以上
1～2点
2～3点
共析钢结晶示意图
3点以下
珠光体显微组织
2. 亚共析钢的结晶过程分析
亚共析钢（含碳量0.0218%＜C＜0.77%）的冷却过程如 图4-15结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕。在2点到3点之 间，奥氏体组织不发生转变；冷却到与GS线相交的3点时， 从奥氏体中开始析出铁素体。当温度降至与PSK线相交的 4点时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77%，此时奥氏体发 生共析转变，转变为珠光体。亚共析钢室温组织由珠光体 P和铁素体F组成。
金属学与热处理合金中的相及相结构.pptx
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间隙相的主要特点
在间隙相中金属原子组成简单点阵类型的结构，此结构 与其为纯金属时的结构不相同。
间隙相的一般可以用简单的化学式来表达，而且一定的 化学表达式对应着一定的晶体结构类型。
尽管间隙相可以用简单的化学式表示，但大多数间隙相 的成分可以在一定范围内变化。
间隙相具有极高硬度和熔点，但很脆。许多间隙相具有 明显的金属特性：金属的光泽、较高的导电性、正的电阻 温度系数。
所谓合金是由两种或两种以上的金属或金属与非 金属，经过熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有 金属特性的物质。
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工业纯Fe、Al、Cu合金化前后σb的变化
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合金
两种或两种以上金属元素，或金属元素与 非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组 合而成并具有金属特性的物质。
组成合金最基本的独立的物质，通常组元
这些化合物的稳定性与组元间电负性差有关，电负性 差越大，化合物越稳定，越趋于离子键结合。电负性差 越小，化合物越不稳定，越趋于金属键结合。
正常价化合物通常具有较高的硬度和脆性。在合金中 弥散分布在基体上，常可起弥散强化作用。
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一些正常价化合物及其晶体结构类型
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Fe3C晶体结构 35 第36页/共43页
拓扑密堆相
拓扑密堆相是由大小不同的原子适当配合，得到 全部或主要是四面体间隙的复杂结构。空间利用率 及配位数均很高，由于具有拓扑学特点，故称之为 拓扑密堆相，简称TCP相。
许多合金系能形成拉弗斯相如ZrFe2、TiFe2、 TiFe2、MoFe、NbCo2、TiCo2、TiC2、ZrCr2等。一 般讲拉弗斯相往往呈针状析出于基体，有时是有害 的，但也有个别耐热铁基合金以为其强化相。
金属材料与热处理教案 合金中的相.doc
第一节合金中的相一、合金的基本概念1.合金合金是以•种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。
即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。
例如, 工业上广泛应用的钢铁材料就是铁和碳组成的合金。
2.组元组成含金最简单的、最基本的、能够独立存在的元素称为组元，简称元。
组元一般是指元素，但有时稳定的化合物也可以作为组元，如A1A> CaO等。
合金按组元的数目可分为二元合金、三元合金及多元合金。
3 .合金系由两个或两个以上组元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，这一系列合金构成一个合金系统，简称合金系。
例如黄铜是由铜和锌组成的二元合金系。
（如课13页图2—4是铜和竦的合金系）4.相合金中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。
如均匀的液体称为单相，液相和固相同时存在则称为两相。
5.组织由单相或多相组成的具有一定形态的聚合物，纯金属的组织是由一个相组成的，合金的组织可以是一个相或多个相组成。
二、合金的相结构合金之所以比纯金属性能优越，主要是由于合金的内部结构不同于纯金属。
合金的内部结构比较复杂，但根据各元素在结晶时相互作用的不同可以把它们归纳为三种。
1・固溶体固溶体就是在固态下，两种或两种以上的物质互相溶解构成的单•均匀的物质。
例如，铜镣合金就是以铜（溶剂）和镣（溶质）形成的固溶体，固溶体具有与溶剂金属同样的晶体结构。
这种溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体叫做固溶体。
根据固溶体晶格中溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，分为置换固溶体和间隙固溶体两种。
如图所示。
置换固溶体间隙固溶体固溶体晶格的畸变（如图）使合金强度和硬度升高，而塑性下降，这种现象称为固溶强化。
固溶强化是提高合金机械性能的重要途径之一。
2.金属化合物是指合金各组元的原子按一定的整数比化合而成的一种新的金属化合物。
它的晶体结构不同于组成元素的晶体结构，而且其晶格一般都比较复杂。
职业技校金属材料与热处理(劳动版第五版)教案：合金及其组织
职业技校金属材料与热处理(劳动版第五版)教案:合金及其组织复习旧课：硬度的试验原理及表示方法。
引入新课：合金的性能取决于其相的结构，根据构成合金的各组之间相互作用的不同，合金中相结构分为固溶体、金属化合物、混合物三大类大类大类大类，下面我将和同学们共同来探讨这三种合金组织的晶格类型下面我将和同学们共同来探讨这三种合金组织的晶格类型性能特点等能特点等讲授新课：合金及其组织一、合金的基本概念：1.合金合金是一种金属元素与其它金属元素可非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。
例如：普通黄铜是由铜锌两种金属元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。
2.组元或元的概念：组成合金的最基本的独立物质称为组元或元。
硬铝是由铝、铜、镁或铝、铜、锰组成的三元合金。
（∵合金中元数目的多少，合金可分为：二元、三元、多元合金。
）3.相的概念在合金中成分、结构及性能相同的的组成部分称为相。
注：合金的性能一般都是由组成合金的各相性能、数量、各相组合情况所决定。
4.组织：所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。
二、合金的组织合金中各组元之间结合方式不同，合金组织可分为：固溶体、金属化合物、混合物1.固溶体固溶体是一种组元的在子深入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。
溶入的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。
固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。
1）、分类：∵溶质原子在溶剂晶格中分布情况不同，∴可分为：(1)、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体称为间隙固溶体。
(2）、置换固溶体溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固容体称为置换固溶体。
2)、性能影响：材料塑性变形抗力↑→强、硬度↑的现象称“固溶强化”（强化金材的重要途径）。
2.金属化合物合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。
其性能物特点是熔点高，硬度高，脆性大。
金属化合物能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。
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必备知识
（2）固溶体的分类是根据溶质原子在溶剂 晶格中所处位置不同，固溶体分为间隙固溶 体和置换固溶体。 ①间隙固溶体。溶质原子填入溶剂晶格的空 隙位置所形成的固溶体，如图所示。由于溶 剂的晶格间隙有限，因此间隙固溶体都是有 限固溶体。例如，碳原子溶解于铁的晶格中 形成的铁素体、奥氏体。
在金属或合金中，由于形成条件的不同，各种相将以不同的数量、形状、大小相互组 合，因而我们在不同的放大倍数的显微镜下观察，将可以观察到金属或合金具有各种不同 的相结构。这种在显微镜下观察到的金属材料的各种晶粒的显微形态，即晶粒的形状、大 小、数量和分布等情况称为显微组织或金相组织，简称组织。
必备知识
合金具有良好的物理、化学和力学性能，一般情况下，硬度比其组元中任一金属的硬度 大，熔点比各个组元金属低；导电性和导热性低于任一组元， 利用合金的这一特性可以 制造高电阻和高热阻材料，还可以制造有特殊性能的材料；合金的性能可以通过所添加的 合金元素的种类、含量和生成条件等来加以调节，加入不同的合金元素，可以改变合金的 硬度、强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等，用于开发新材料。并且，可以通过热 处理改善合金的性能。所以，实际生产中合金获得了广泛的应用。
思考与练习
1.什么是合金？什么是合金中的组元和相？合金与纯金属有何区别？ 2.什么是合金的组织？合金组织的基本类型有哪些？特点如何？ 3.什么是固溶体？分哪几类？性能如何？ 4.什么是固溶强化？ 5.为什么说合金的组织决定了它的性能？ 6.什么是金属化合物？它有什么特点？
必备知识
相是指纯金属或合金中结构、化学成分和性能相同且与其他部分有明显界面分开的均 匀组成部分。包括固溶体、金属化合物及纯物质(如石墨)。例如，纯金属在固态时是一个 相（固相）；当温度升高到熔点，固态金属开始熔化成液态，在熔化过程中，固态与液态 共存，两者被界面分开，是液相与固相共存的两相混合物；当温度高于熔点时，则成为单 相的液态金属（液相）。而合金由于组元之间的相互作用，则可能形成更多不同的相。合 金的性能一般是由组成合金的各相的性能、数量和组合情况所决定。
固态金属的特性主要是不透明、有光泽、有延展性、有良好的导电性和导热性，且具 有良好的塑性和韧性。
总结提升
2.合金的组织结构和性能 合金是由两种或两种以上的金属元素（或者金属与非金属）组成的具有金属特性的物质。 合金由于在纯金属的基础上加入了其他的元素，所以原子排列受到了影响。合金中的组织 结构类型主要有固溶体和金属化合物两大类。固溶体是组元之间相互溶解而形成的均匀固 相，它是合金中的主要组成相。金属化合物是组元之间发生相互作用而形成的具有金属特 性的新相，一般用分子式表示，是合金中的强化相，其熔点高、硬度高、脆性大。
子有定比，并可用分子式表示其组成。金属化合物的性能也不同于组成它的组元，具有熔点高、硬度 高和脆性大的特点。因此单相化合物合金在工程上不能直接使用。金属化合物存在于各类合金（合金 钢、硬质合金、有色金属）中一般起强化作用，使合金的强度、硬度、耐磨性及耐热性提高，但塑性 和韧性会降低。因此，金属化合物是金属材料中不可缺少的强化相。
总结提升
1.纯金属的组织结构和性能 纯金属的原子排列具有规律性，在空间有一定的排列方式，典型金属晶格类型主要有三
种，即体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。而实际晶体结构中原子排列规律不 是那么规则完整，由于结晶条件、原子热运动等因素的影响，会导致某些区域的原子排列 受到干扰和破坏，产生三类晶体缺陷，即点缺陷（主要有空位和间隙原子）、线缺陷（主 要有各种类型的位错）、面缺陷（主要有晶界和亚晶界）。这些缺陷使纯金属的晶格处于 畸变状态，直接影响到金属的性能。
必备知识
一、合金的基本概念 我们把基本上由一种金属元素组成的材料或物质称为纯金属。 合金是指由两种或两种以上的金属元素（或者金属与非金属）通过熔合（或烧结）在
一起而具有金属特性的物质称为合金。例如，黄铜是铜和锌组成的，碳钢和铸铁都是铁和 碳组成的。
组成合金的最基本的、独立的单元叫做组元。通常组元就是组成合金的元素，有时也可 以是稳定化合物。按组元的数目不同，合金可以分为二元合金、三元合金和多元合金。由 两个组元组成的合金叫做二元合金；由三个组元组成的合金叫做三元合金；由三个以上组 元组成的合金叫做多元合金。由给定组元按不同比例配制一系列不同成分的合金，构成一 个合金系。例如，铁碳合金（包括碳钢和铸铁）。
化合物的结构
必备知识
3.混合物 当组成合金的组元不能完全溶解或完全化合时，则形成由两相或多相按一定的质量百
分数组成的组Βιβλιοθήκη ，这种组织称为混合物。它是由固溶体与固溶体或固溶体与金属化合物所 组成的多相组织。各组成相保持独立的晶格结构。混合物的性能取决定于各组成相的性能， 以及它们的数量、大小和分布状态。
二、合金的组织 根据构成合金各组元之间相互作用的不同，合金组织可分为固溶体、金属化合物和机械混 合物。 1.固溶体
（1）固溶体是指合金在固态下，组元之间能够相互溶解而形成的均匀固相。它是在一 种组元的晶格上分布着另外一种或几种组元的原子，在各组元中与固溶体晶格类型相同的 组元称为溶剂，含量较多，其他组元称为溶质。组成这类合金的组元在液态能相互溶解， 习惯以α、β、γ 表示。
课题一 合金的相及组织的基本类型
案例导入
纯金属组织和合金组织有什么区别？实际生产中获得广泛应用的为什么是合金？
（a）纯金属的组织
（b）合金的组织
案例分析
纯金属含有单一的成分，种类有限，提炼困难，机械性能又较低，无法满足 人们对金属材料提出的多品种和高性能的要求。工业生产上通过配制各种不 同成分的合金，可以显著改变金属材料的结构、组织和性能，能满足实际生 活与生产中的各种需求。因此，同纯金属相比，合金材料的应用要广泛得多。 碳钢、合金钢、铸铁、黄铜和硬铝等常用材料都是合金。
间隙固溶体
必备知识
②置换固溶液。溶质原子占据溶剂晶格结点位 置所形成的固溶体称为置换固溶体，如图所示。 按溶解度的不同，置换固溶体又可分为有限固 溶体和无限固溶体。溶解度有一定限度的固溶 体称有限固溶体；组成元素无限互溶的固溶体 称无限固溶体。
置换固溶体
必备知识
（3）固溶体的性能。固溶体形成之后，虽然保持了溶剂的晶格类型，但是由于溶质原子 的溶入，将会使溶剂原子的晶格常数发生变化，从而引起溶剂的晶格发生变形，变得不再 规则，这种变化称为晶格畸变。晶格畸变会增加金属材料的变形抗力，因而导致材料的强 度、硬度的提高。这种通过溶质原子的加入形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高， 塑性、韧性降低的现象称为固溶强化。
实践证明，只要适当控制固溶体中溶质的含量，就能在显著提高金属材料强度的同时 仍能保持材料较高的塑性和韧性，固溶强化是提高金属材料力学性能的主要途径之一。
必备知识
2.金属化合物 在合金中，当溶质的含量超过溶解度时，合金组元之间会发生相互作用而形成一种新相，这种新
相是一种晶格类型和性能完全不同于任一组元，这种具有一定的金属特性的化合物，叫做金属化合物。 金属化合物的晶格类型与组成它的组元的晶格类型完全不同，一般比较复杂，如图所示。组成原