工程材料学3合金的相结构与二元合金相图.ppt
合集下载
第三章合金的结构与相图
硬性和耐磨性，是高合金钢和 结
硬质合金中的重要组成相。
构
如：W2C, VC, TiC, MoC, TiN, VN 等。
35
② 间隙化合物
当（d非 /d过）>0.59时，形成
的间隙化合物一般具有复杂的 晶格结构。 如：Fe3C, dC/dFe =0.61, 正交 晶格 特点： 熔点、硬度更高
作用： 在钢中也起强化相作用。
27
1. 根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同， 可将固溶体分为（ ）和（ ）。 2. 相是指合金中（ ）与（ ）均匀一致的组成部分。 3. 固溶体与金属间化合物在晶体结构和力学性能 方有何不同?
28
特点与变化
晶粒的大小与形状无 明显的变化； 位错密度变化不大； 电阻明显降低； 强度硬度略有降低，
可能形成无限固溶体；
对于间隙固溶体，则只能形成有限固溶体。
18
3 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分
➢ 无序固溶体：溶质原子呈无序分布的固溶体； ➢ 有序固溶体：溶质原子呈有序分布的固溶体； ➢间隙固溶体都 是无序固溶体。
19
（三）、影响固溶体结构形式和溶解度的因素
1. 原子大小
溶剂与溶质的原子直径差别：
铁原子 碳原子
通常固溶体不能用一个化学式表示
12
（一）. 溶质元素在固溶体中的溶解度
固溶体的浓度： 溶质原子溶于固溶体中的量，称为固溶体的浓度。
质量百分比： C=（溶质元素的质量/固溶体的质量）100% 原子百分比： C=（溶质元素的原子数/固溶体的总原子数）100%
固溶体的溶解度： 在一定条件下，溶质元素在固溶体中的极限浓度称 为溶质元素在固溶体中的溶解度。
31
1、金属间化合物的种类
硬质合金中的重要组成相。
构
如：W2C, VC, TiC, MoC, TiN, VN 等。
35
② 间隙化合物
当（d非 /d过）>0.59时，形成
的间隙化合物一般具有复杂的 晶格结构。 如：Fe3C, dC/dFe =0.61, 正交 晶格 特点： 熔点、硬度更高
作用： 在钢中也起强化相作用。
27
1. 根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同， 可将固溶体分为（ ）和（ ）。 2. 相是指合金中（ ）与（ ）均匀一致的组成部分。 3. 固溶体与金属间化合物在晶体结构和力学性能 方有何不同?
28
特点与变化
晶粒的大小与形状无 明显的变化； 位错密度变化不大； 电阻明显降低； 强度硬度略有降低，
可能形成无限固溶体；
对于间隙固溶体，则只能形成有限固溶体。
18
3 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分
➢ 无序固溶体：溶质原子呈无序分布的固溶体； ➢ 有序固溶体：溶质原子呈有序分布的固溶体； ➢间隙固溶体都 是无序固溶体。
19
（三）、影响固溶体结构形式和溶解度的因素
1. 原子大小
溶剂与溶质的原子直径差别：
铁原子 碳原子
通常固溶体不能用一个化学式表示
12
（一）. 溶质元素在固溶体中的溶解度
固溶体的浓度： 溶质原子溶于固溶体中的量，称为固溶体的浓度。
质量百分比： C=（溶质元素的质量/固溶体的质量）100% 原子百分比： C=（溶质元素的原子数/固溶体的总原子数）100%
固溶体的溶解度： 在一定条件下，溶质元素在固溶体中的极限浓度称 为溶质元素在固溶体中的溶解度。
31
1、金属间化合物的种类
第四章 合金的相结构与二元合金相图
室温组织:(α +β ) 室温相组成:α +β
E以上 结晶开始 E点 结晶终了 E以下
tE LE (M N)
Pb-Sn共晶组织
2007-05-12 30
机械工程材料精品课程
第四节 共晶相图
3、亚共晶合金（19%<WSn<61.9%）
tE
室温组织：α+βⅡ+(α+ β) 室温相组成： α+β
a
b
Cu-Ni合金相图的测绘 （a）冷却曲线 （b）Cu-Ni相图
2007-05-12 16
机械工程材料精品课程
相图分析工具
三、相律 相律：在平衡条件下，系统自由度f、组元数c 和相数p之 间的数学表达式： f=c-p+2 或 f=c-p+1 (常压) 自由度： 保持相数目不变的条件下，合金系中可以独立改变的内 部和外部因素的数目。 合金系的最大自由度数： 纯 金 属：fmax=1（成分固定不变0，温度1） 二元合金：fmax=2（成分独立变量1、温度1） 三元合金：fmax=3（成分独立变量2、温度1）
B
杠杆定律的力学比喻
ar w 100% ab rb 100% wL ab
以成分为支点，远离该相的线段代表该相。整个线段为总重量。
如ab代表总重量，ra和rb分别带到α 相和L相。
2007-05-12 19
机械工程材料精品课程
相图分析工具
杠杆定律： ●本质：在质量守恒的系统中，系统的成分是各子系统 组元含量的加权平均值，其权重就是各子系统的相对数量。 ●应用杠杆定律，关键是正确选择杠杆的两个端点和支 点。杠杆的两个端点分别是组成该系统的两个子系统的成 分点，而杠杆的支点是这两个子系统成分的加权平均值。 男孩女孩共8人，来分 苹果40个。男孩一人分4 个，女孩一人分8个，求 男孩女孩各几个？
E以上 结晶开始 E点 结晶终了 E以下
tE LE (M N)
Pb-Sn共晶组织
2007-05-12 30
机械工程材料精品课程
第四节 共晶相图
3、亚共晶合金（19%<WSn<61.9%）
tE
室温组织：α+βⅡ+(α+ β) 室温相组成： α+β
a
b
Cu-Ni合金相图的测绘 （a）冷却曲线 （b）Cu-Ni相图
2007-05-12 16
机械工程材料精品课程
相图分析工具
三、相律 相律：在平衡条件下，系统自由度f、组元数c 和相数p之 间的数学表达式： f=c-p+2 或 f=c-p+1 (常压) 自由度： 保持相数目不变的条件下，合金系中可以独立改变的内 部和外部因素的数目。 合金系的最大自由度数： 纯 金 属：fmax=1（成分固定不变0，温度1） 二元合金：fmax=2（成分独立变量1、温度1） 三元合金：fmax=3（成分独立变量2、温度1）
B
杠杆定律的力学比喻
ar w 100% ab rb 100% wL ab
以成分为支点，远离该相的线段代表该相。整个线段为总重量。
如ab代表总重量，ra和rb分别带到α 相和L相。
2007-05-12 19
机械工程材料精品课程
相图分析工具
杠杆定律： ●本质：在质量守恒的系统中，系统的成分是各子系统 组元含量的加权平均值，其权重就是各子系统的相对数量。 ●应用杠杆定律，关键是正确选择杠杆的两个端点和支 点。杠杆的两个端点分别是组成该系统的两个子系统的成 分点，而杠杆的支点是这两个子系统成分的加权平均值。 男孩女孩共8人，来分 苹果40个。男孩一人分4 个，女孩一人分8个，求 男孩女孩各几个？
二元合金相图
第二章二元合金相图纯金属在工业上有一定的应用，通常强度不高，难以满足许多机器零件和工程结构件对力学性能提出的各种要求；尤其是在特殊环境中服役的零件，有许多特殊的性能要求，例如要求耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等，纯金属更无法胜任，因此工业生产中广泛应用的金属材料是合金。
合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金组织与性能之间的关系，就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。
合金相图正是研究这些规律的有效工具。
一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质叫做合金。
其中组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。
组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。
由两个组元组成的合金称为二元合金，例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。
二元以上的合金称多元合金。
合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多，这正是合金的应用比纯金属广泛得多的原因。
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。
利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时所可能发生的变化。
掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。
在生产中，合金相图可作为制订铸造、锻造、焊接及热处理工艺的重要依据。
本章先介绍二元相图的一般知识，然后结合匀晶、共晶和包晶三种基本相图，讨论合金的凝固过程及得到的组织，使我们对合金的成分、组织与性能之间的关系有较系统的认识。
2.1 合金中的相及相图的建立在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。
液态物质为液相，固态物质为固相。
相与相之间的转变称为相变。
在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成的。
由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金的组织。
组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。
由不同组织构成的材料具有不同的性能。
机械工程材料ppt课件
1,纯铁(重要特性是结晶过程具有同素
目 录 异构转变 );
2, 铁素体 :是碳溶于α-Fe中形成的固
上一页 溶体，常用符号“α”或“F”表示。
下一页
3,奥氏体 :奥氏体是碳溶于γ-Fe中形
成的固溶体，用“γ”或“A”表示。
4,渗碳体:是铁与碳的稳定化合物Fe3C，
退出
其碳的质量分数为6.69％。 渗碳体在高温下可以分解形成石墨态的自
第3章 合金的相结构与二元合金相图
目录
上一页 下一页 退出
• 3.1 合金的相结构 • 3.2 匀晶相图 • 3.3 共晶相图 • 3.4 合金的性能与相图的关系
2020/11/4
7
常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
4.3 铁碳合金的平衡结晶过程及组织
目
录
•
铁碳合金按其碳的质量分数及室温平衡组织 分为三大类，即工业纯铁、钢和铸铁。
• 4.3.1 工业纯铁: (Wc<0．0218％)室温平衡组织
上一页 为铁素体加少量Fe3CⅢ;
下一页 • 4.3.2 共析钢 :室温平衡组织为珠光体 ; • 4.3.3 亚共析钢 :在室温下的组织由先共析铁素
再结晶 • 第3章 合金的相结构与二
元合金相图 • 第4章 铁碳合金 • 第5章 钢的热处理 • 第6章 合金钢 • 第7章 铸铁
• 第8章 有色金属及其合金 • 第9章 非金属材料 • 第10章 纳米材料与功能材料 • 第11章 铸造 • 第12章 金属压力加工 • 第13章 焊接 • 第14章 机械零件的选材及工
第三章合金的结构与相图本章重点1`固溶体与化合物及其特性
⑤ 温度
固溶体的溶解度受温度的影响较大， 一般温度越高，固溶体的溶解度越大。 如，奥氏体在727℃能溶解0.77%的碳， 而在1148℃则能溶解2.11%的碳。
3、固溶体的性能
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性 能与溶剂金属基本相同。随着溶质元素含量 的升高，固溶体的性能发生明显变化，表现 在强度、硬度升高，塑性、韧性有所下降， →固溶强化。
金属间化合物
FeS, MnS 等
一般化合物
金属间化合物可以作为合金的组 成相（强化相），而非金属化合物在 合金中大多属于有害杂质。如FeS 在 钢中引起热脆。
1、金属间化合物的组织与性能特点
金属间化合物具有复杂的晶格结构， 熔点高，硬而脆，其在合金中的分布形 态对合金的性能影响很大，当金属间化 和物以大块状或成片状形态分布时，合 金的强度、塑性均很差；当金属间化合 物呈弥散状质点分布时，合金的强度高， 塑性、韧性较好。
范围内变化，电子化合物可以溶解一定量的组
元，形成以电子化合物为基的固溶体。
C、间隙化合物
由原子直径较大的过渡族元素与原子直径 很小的C、N、B等元素组成，过渡族元素的原 子占据晶格的正常位置，尺寸较小的非金属元 素原子有规则地嵌入晶格空隙中，形成间隙化 合物。
① 间隙相
当非金属元素原子与过渡族金属元素原 子直径的比值（d非/d过）<0.59时，形成的间 隙化合物具有比较简单的晶格结构，成为间 隙相。 如：W2C, VC, TiC, MoC, TiN, VN 等。
偏析的存在，会使金属强度下降，塑 性较差，耐腐蚀性降低，应采用均匀化退 火（扩散退火）予以消除。
第四节 二元共晶相图 当合金的二组元在液态时无限互溶， 在固态时有限互溶，且发生共晶反应， 此合金系的相图为二元共晶相图。
材料科学基础第三章.ppt
第三章材料的相结构与相图
同济大学材料科学与工程学院 无机非金属材料研究所
• 3.1 材料的相结构
基本概念：
（1）组元：组成材料的最基本的、独立的物质。
组元可以是纯元素：Cu、Ni、Fe等；
也可以是非金属元素：C、N、B、O等；
或者是化合物
：Al2O3、SiO2、ZrO2等
（2）材料可以是单组元构成：
关键词：聚集状态（冰＋水：二相） 晶体结构（不同的相具有不同的晶
体结构）
存在相界面 （理论上各相之间是可以分离的）
• 材料的性能与各组成相的性质、形态、数量 有很大的关系：
• 实例1：
微晶玻璃—— 由玻璃相＋微晶相组成
铁碳合金 ——随着铁中碳含量的变化源自通常在0.0218%-6.69%之间），可 以形成各种不同的结晶态物质，如铁素体、 渗碳体、奥氏体等，这些相的形态、数量对 钢材的性能有很大的影响。
各组元质点分布分别按照各自的布拉维点阵进 行排列，整个固溶体就是由各组元的分点阵组成 的复杂点阵，也称超点阵或超结构。
• 3.1.1.1置换型固溶体
• 在理论的指导下，通过对实践经验的积累 总结，针对置换型固溶体的情况，提出了 一些重要的影响因素：
• （1）晶体结构类型 • （2）质点尺寸因素 • （3）化学电负性（化学亲和力） • （4）电价因素
合金组元间的电负性差越大，则倾向于生 成化合物而不利于形成固溶体；生成的化 合物越稳定，则固溶体的溶解度就越小。
只有电负性相近的元素才可能具有较大的溶 解度，有利于形成固溶体。
（通常以以 0.4 作为边界条件）
• （4）电价因素（电子浓度）
定义：电子浓度是指合金中各组成元素的价 电子数总和与原子总数的比值：e/a
同济大学材料科学与工程学院 无机非金属材料研究所
• 3.1 材料的相结构
基本概念：
（1）组元：组成材料的最基本的、独立的物质。
组元可以是纯元素：Cu、Ni、Fe等；
也可以是非金属元素：C、N、B、O等；
或者是化合物
：Al2O3、SiO2、ZrO2等
（2）材料可以是单组元构成：
关键词：聚集状态（冰＋水：二相） 晶体结构（不同的相具有不同的晶
体结构）
存在相界面 （理论上各相之间是可以分离的）
• 材料的性能与各组成相的性质、形态、数量 有很大的关系：
• 实例1：
微晶玻璃—— 由玻璃相＋微晶相组成
铁碳合金 ——随着铁中碳含量的变化源自通常在0.0218%-6.69%之间），可 以形成各种不同的结晶态物质，如铁素体、 渗碳体、奥氏体等，这些相的形态、数量对 钢材的性能有很大的影响。
各组元质点分布分别按照各自的布拉维点阵进 行排列，整个固溶体就是由各组元的分点阵组成 的复杂点阵，也称超点阵或超结构。
• 3.1.1.1置换型固溶体
• 在理论的指导下，通过对实践经验的积累 总结，针对置换型固溶体的情况，提出了 一些重要的影响因素：
• （1）晶体结构类型 • （2）质点尺寸因素 • （3）化学电负性（化学亲和力） • （4）电价因素
合金组元间的电负性差越大，则倾向于生 成化合物而不利于形成固溶体；生成的化 合物越稳定，则固溶体的溶解度就越小。
只有电负性相近的元素才可能具有较大的溶 解度，有利于形成固溶体。
（通常以以 0.4 作为边界条件）
• （4）电价因素（电子浓度）
定义：电子浓度是指合金中各组成元素的价 电子数总和与原子总数的比值：e/a
二元合金相图与铁碳合金课件
或
图3-8 杠杆定律的应用
16
3.2.2 二元共晶相图
共晶转变——二元合金系中，一定成分的液相，在一定温度下同 时结晶 出两种不相同的固相的转变，称为共晶转变。
二元共晶相图——凡二元合金系中两组元在液态下能完全互溶， 在固态下形成两种不同固相，并发生共晶转变的 的相图属于二元共晶相图。
17
3.2.2 二元共晶相图
11
3.2 二元合金相图的基本类型
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律 3.2.2 共晶相图 3.2.3 包晶相图 3.2.4 具有共析反应的相图 3.2.5 含有稳定化合物的相图
12
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律
n 凡是二元合金系中两组元在液态下可以任何比例均匀相互溶解，在固态 下能形成无限固溶体时，其相图属于二元匀晶相图。例如Cu-Ni、Fe-Cr、 Au-Ag等合金系都属于这类相图。 由液相结晶出均一固相的过程就称为 匀 晶 转 变 。 下 面 就 以 Cu- Ni合 金 相 图 为 例 ， 对 匀 晶 相 图 进 行 分 析。
这样就获得了Cu-Ni合金相图，如图3-3b所示。
图中各开始结晶温度连成的相界线tA LtB线称为液相线，各
终了结晶温度连成的相界线tAαtB线称为固相线。
5
3.1.1 二元合金相图的建立
图3-3 用热分析法测定Cu-Ni合金相图
6
3.1.1 二元合金相图的建立
(3) 相律 n 按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：
26
3.2.2 二元共晶相图
合金中相组成物和组织组成物的相对量，均可利用杠杆定律来计算。 合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由α、β两相组成，其相对量为：
合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由初晶αD与共晶体 (αD+βB) 两 种组织组成物组成，其相对量为：
图3-8 杠杆定律的应用
16
3.2.2 二元共晶相图
共晶转变——二元合金系中，一定成分的液相，在一定温度下同 时结晶 出两种不相同的固相的转变，称为共晶转变。
二元共晶相图——凡二元合金系中两组元在液态下能完全互溶， 在固态下形成两种不同固相，并发生共晶转变的 的相图属于二元共晶相图。
17
3.2.2 二元共晶相图
11
3.2 二元合金相图的基本类型
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律 3.2.2 共晶相图 3.2.3 包晶相图 3.2.4 具有共析反应的相图 3.2.5 含有稳定化合物的相图
12
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律
n 凡是二元合金系中两组元在液态下可以任何比例均匀相互溶解，在固态 下能形成无限固溶体时，其相图属于二元匀晶相图。例如Cu-Ni、Fe-Cr、 Au-Ag等合金系都属于这类相图。 由液相结晶出均一固相的过程就称为 匀 晶 转 变 。 下 面 就 以 Cu- Ni合 金 相 图 为 例 ， 对 匀 晶 相 图 进 行 分 析。
这样就获得了Cu-Ni合金相图，如图3-3b所示。
图中各开始结晶温度连成的相界线tA LtB线称为液相线，各
终了结晶温度连成的相界线tAαtB线称为固相线。
5
3.1.1 二元合金相图的建立
图3-3 用热分析法测定Cu-Ni合金相图
6
3.1.1 二元合金相图的建立
(3) 相律 n 按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：
26
3.2.2 二元共晶相图
合金中相组成物和组织组成物的相对量，均可利用杠杆定律来计算。 合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由α、β两相组成，其相对量为：
合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由初晶αD与共晶体 (αD+βB) 两 种组织组成物组成，其相对量为：
第二章 工程材料结构(03 铁碳合金相图)
共晶点 共晶线
Acm 碳在奥氏体中的最大溶解度
912
AECF线—固相线
A3线 共析点 A1线 共析线
作业布置
• 绘制铁碳合金相图
δ =20～25% φ =30～40%
显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽， 因得名。这是T8钢的退火组织（白色为铁素体、黑色为渗碳 体）。
5. 莱氏体Ld
Ledeburite
• 由奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物。
• 奥氏体在727℃时将转变为珠光体，所以在室 温下由珠光体和渗碳体组成的机械混合物， 称为低温莱氏体，用符号Ld/表示。高温莱氏 体仅存于727℃以上。 • 莱氏体硬度很高，脆性大，塑性很差。
3.渗碳体 渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶 格的间隙化合物。渗碳体在钢和铸铁中与其他相共 存时呈片状、球状、网状或板状。 渗碳体的机械性能特点是硬而脆, 大致性能如下：
抗拉强度极限 σb 30 MPa 延伸率 δ 0 断面收缩率
ψ
冲击韧性 ak 0
硬度 800 HB
0
机械混合物
• 它是两种或两种以上的相按一定质量百分数组成 的物质。
铁碳合金中组织与成分的关系
(2)含碳量对力学性能的影响
由图可知，当钢中 ω C<0.9%时，随着钢中 含碳量的增加，钢的强 度、硬度呈直线上升， 而塑性、韧性不断降低； 当钢中ω C>0.9%时， 因渗碳体网的存在，不 仅使钢的塑性、韧性进 一步降低，而且强度也 明显下降。
含碳量对碳钢的力学性能的影响
ES 自高碳奥氏体冷却 过程中析出 Fe3C的起始 线。温度常以 Acm表示。
25
铁碳合金分类(据C%不同分) • 以E点（C2.11% ）为 界，分为钢 和铸铁两类。 铸铁结晶时有莱氏体转 变，组织中有莱氏体。
Acm 碳在奥氏体中的最大溶解度
912
AECF线—固相线
A3线 共析点 A1线 共析线
作业布置
• 绘制铁碳合金相图
δ =20～25% φ =30～40%
显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽， 因得名。这是T8钢的退火组织（白色为铁素体、黑色为渗碳 体）。
5. 莱氏体Ld
Ledeburite
• 由奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物。
• 奥氏体在727℃时将转变为珠光体，所以在室 温下由珠光体和渗碳体组成的机械混合物， 称为低温莱氏体，用符号Ld/表示。高温莱氏 体仅存于727℃以上。 • 莱氏体硬度很高，脆性大，塑性很差。
3.渗碳体 渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶 格的间隙化合物。渗碳体在钢和铸铁中与其他相共 存时呈片状、球状、网状或板状。 渗碳体的机械性能特点是硬而脆, 大致性能如下：
抗拉强度极限 σb 30 MPa 延伸率 δ 0 断面收缩率
ψ
冲击韧性 ak 0
硬度 800 HB
0
机械混合物
• 它是两种或两种以上的相按一定质量百分数组成 的物质。
铁碳合金中组织与成分的关系
(2)含碳量对力学性能的影响
由图可知，当钢中 ω C<0.9%时，随着钢中 含碳量的增加，钢的强 度、硬度呈直线上升， 而塑性、韧性不断降低； 当钢中ω C>0.9%时， 因渗碳体网的存在，不 仅使钢的塑性、韧性进 一步降低，而且强度也 明显下降。
含碳量对碳钢的力学性能的影响
ES 自高碳奥氏体冷却 过程中析出 Fe3C的起始 线。温度常以 Acm表示。
25
铁碳合金分类(据C%不同分) • 以E点（C2.11% ）为 界，分为钢 和铸铁两类。 铸铁结晶时有莱氏体转 变，组织中有莱氏体。
第三章 结晶相图
3金属的凝固与相图¾概述¾纯金属的结晶¾材料的相结构¾二元合金相图•一、凝固与结晶§3-1概述一、凝固与结晶引子：自然界的物质通常都能够以气态、液态或固态存在。
并且在一定的条件下，它们可以发生互相转变。
凝固：一切物质从液态到固态的转变过程的统称。
结晶：晶体的形成形成过程。
凝结－蒸发凝固－熔化凝华－升华晶体的形成过程包括，原始相可以是气体(凝华)、液态、非晶态的固体或从一种晶体转变未另一种晶体。
意义：材料中使用较广泛的有金属材料，金属材料绝大多数用冶炼来方法生产出来，即首先得到的是液态，经过冷却后才得到固态，固态下材料的组织结构与从液态转变为固态的过程有关，从而也影响材料的性能。
二、凝固状态的影响因素引子：固体状态下原子的排列方式有无规则排列的非晶态，也可以成为规则排列的晶体。
决定因素有三方面。
1.物质的本质：原子以那种方式结合使系统吉布斯自由能更低。
温度高时原子活动能力强排列紊乱能量低，而低温下按特定方式排列结合能高可降低其总能量。
这是热力学的基本原则。
2.熔融液体的粘度：粘度表征流体中发生相对运动的阻力，随温度降低，粘度不断增加，在到达结晶转变温度前，粘度增加到能阻止在重力作用物质发生流动时，即可以保持固定的形状，这时物质已经凝固，不能发生结晶。
例如玻璃、高分子材料。
3.熔融液体的冷却速度：冷却速度快，到达结晶温度原子来不及重新排列就降到更低温度，最终到室温时难以重组合成晶体，可以将无规则排列固定下来。
金属材料需要达到106℃/s才能获得非晶态。
在一般生产过程的冷却条件下，金属材料凝固为晶体，这时的凝固过程也是结晶过程。
一、结晶的能量条件吉布斯自由能G和温度T的曲线总是凹向下的下降形式，并且液体的曲线下降的趋势更陡。
两曲线相交处的温度Tm ，当温度T= Tm时，液相和固相的自由能相等，处于平衡共存，所以称Tm 为临界点，也就是理论凝固温度。
当T< Tm 时，从液体向固体的转变使吉布斯自由能下降，是自发过程，发生结晶过程；反之，当T> Tm 时，从固体向液体的转变使吉布斯自由能下降，是自发过程，发生熔化过程。
工程材料与机械制造基础培训课件
平衡组织
枝晶偏析组织
二元相图分析
共晶相图
温度（℃）
• 当两组元在液态 下完全互溶，在 固态下有限互溶, 并发生共晶反应 时所构成的相图 称作共晶相图。
• 以 Pb-Sn 相图为 例进行分析。
Pb
成分（wt%Sn）
Sn
Pb-Sn合金相图
共晶相图
• 相图分析
• ① 相：相图中有L、、 三种相, 是溶质Sn在 A
② 电子化合物—符合电子 浓度规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与 原子数的比值。
③ 间隙化合物—由过渡族 元素与C、N、B、H等小 原子半径的非金属元素 组成。
Al-Mg-Si合金中的Mg2Si Pb基轴承合金中的电子化合物
金属化合物
• a. 间隙相：r非/r金0.59时形 成的具有简单晶格结构的间 隙化合物。如
l 液固相线不仅是相区 分界线, 也是结晶时两 相的成分变化线；匀 晶转变是变温转变。
二元相图分析
• 杠杆定律 • 处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的
成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。 • 现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律： • ① 确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成
H
共晶相图
l 由 析出的二次 用Ⅱ 表示。
l 随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线变
化， Ⅱ的重量增加。 室温下Ⅱ的相对重量百分比为： Q Ⅱ
F4 FG
100%
• 由于二次 相析出温
度较低， 一般十分
细小。
Q
QⅡ
共晶相图
• Ⅰ合金室温组织
为 + Ⅱ 。
A C
F
B l 成分大于 D点合金结晶
合金的相结构与二元相图 PPT课件
1形式
4.3.1 匀晶相图 1.相图分析 匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变。
L
匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。 相图分析
两点：纯组元的熔点； 两线：L, S相线； 三区：L, α, L+α。
20 20
2. 固溶体合金的平衡结晶 （1）平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。 （2）平衡结晶过程分析
① 冷却曲线： 温度－时间曲线
② 相（组织）与相变 （各温区相的类型、相 变反应式、杠杆律应用）；
③ 组织示意图； ④ 成分均匀化：
21 21
*在每一温度下，平衡凝 固实质包括三个过程： ①液相内的扩散过程； ②固相的继续长大； ③固相内的扩散过程。
22
（3）与纯金属结晶的比较 ① 相同点：基本过程：形核－长大 ； 热力学条件：⊿T>0 ； 能量条件：能量起伏 ； 结构条件：结构起伏 。 ② 不同点：合金在一个温度范围内结晶（可能性：相
共晶相图：具有共晶转变特征的相图。
（液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。
（消除：扩散退火，在低于固相线温度长时间保温。）
25 25
4. 固溶体合金凝固时的溶质量分布 （1）稳态凝固：从液固界面输出溶质速度等于溶质从边界 层扩散出去速度的凝固过程。 （2）平衡分配系数：在一定温度下，固、液两平衡相中溶 质浓度的比值。 k0=Cs/Cl
26 26
（3）溶质分布： A 液、固相内溶质完全混合（平衡凝固） B 固相不混合、液相完全混合 C 固相不混合、液相完全不混合 D 固相不混合、液相部分混合
拉弗斯相的形成主要取决于几何因素，但电子浓度也起一定作 用，例如，在镁合金中，电子含量低时会出现MgCu2结构，电子含量 高时会出现MgZn2结构，所以也有人将拉弗斯相归于电子化合物。
4.3.1 匀晶相图 1.相图分析 匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变。
L
匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。 相图分析
两点：纯组元的熔点； 两线：L, S相线； 三区：L, α, L+α。
20 20
2. 固溶体合金的平衡结晶 （1）平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。 （2）平衡结晶过程分析
① 冷却曲线： 温度－时间曲线
② 相（组织）与相变 （各温区相的类型、相 变反应式、杠杆律应用）；
③ 组织示意图； ④ 成分均匀化：
21 21
*在每一温度下，平衡凝 固实质包括三个过程： ①液相内的扩散过程； ②固相的继续长大； ③固相内的扩散过程。
22
（3）与纯金属结晶的比较 ① 相同点：基本过程：形核－长大 ； 热力学条件：⊿T>0 ； 能量条件：能量起伏 ； 结构条件：结构起伏 。 ② 不同点：合金在一个温度范围内结晶（可能性：相
共晶相图：具有共晶转变特征的相图。
（液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。
（消除：扩散退火，在低于固相线温度长时间保温。）
25 25
4. 固溶体合金凝固时的溶质量分布 （1）稳态凝固：从液固界面输出溶质速度等于溶质从边界 层扩散出去速度的凝固过程。 （2）平衡分配系数：在一定温度下，固、液两平衡相中溶 质浓度的比值。 k0=Cs/Cl
26 26
（3）溶质分布： A 液、固相内溶质完全混合（平衡凝固） B 固相不混合、液相完全混合 C 固相不混合、液相完全不混合 D 固相不混合、液相部分混合
拉弗斯相的形成主要取决于几何因素，但电子浓度也起一定作 用，例如，在镁合金中，电子含量低时会出现MgCu2结构，电子含量 高时会出现MgZn2结构，所以也有人将拉弗斯相归于电子化合物。
二元合金与相图课件PPT
2021/3/10
4
1. 固溶体的分类
（1）按溶质原子在溶剂晶格中的位置分固溶体可分为置换 固溶体与间隙固溶体两种。
置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子
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 决于两者的晶格类型、原子直径及它们在周期表中的位置。
2021/3/10
5
间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。
电子化合物主要以金属键结合, 具有明显的金属特性, 可 以导电。它们的熔点和硬度较高，塑性较差，在许多有色金属 中为重要的强化相。
2021/3/10
11
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。尺寸较 大的过渡族元素原子占据晶格的结点位置，尺寸较小的非金属 原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。根据结构特点，间隙化 合物分间隙相和复杂结构的间隙化合物两种。
提高的现象称为固溶强化。
固溶体引起的晶格畸变
2021/3/10
8
固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当
时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降
低。例如：纯铜的σb为220 MPa, 硬度为40 HB, 断面收缩率 ψ为70%。当加入1%的镍形成单相固溶体后, 强度升高到390
第三章 二元合金相图 概述
纯金属具有良好的导电导热性，但机械性能差，而且提炼 困难，价格昂贵，故工业上广泛应用的是合金材料。
合金 一种金属元素同另一种或几种其它元素, 通过熔化 或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。
例如:钢（铁和碳的合金） 黄铜（铜和锌的合金） 组元 组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。组元可以 是金属、非金属元素或稳定化合物。
二元合金相图
21
四 平衡结晶分析及其组织1源自金的结晶过程固溶体合金的结晶过程 22
结晶过程
1.当温度到达1点或稍下时，由L→α固溶体随着温度 的降低α％ ↑ ，L％↓。并呈树枝状形态……
2.当温度到达2点时液相完全消失，得到100％α。
液相的成分1→α1→α2→…以致消失。 固相成分由c1→c2→2→… α(ob成分) 最后得到成分均匀的ob成分等轴状的α固溶体。
16
第二节 匀晶相图
一．相图的基本概念
● 相图：研究合金在平衡的条件下（无限缓慢冷却，比如 0.5~1.50C/min） ，合金的状态与温度、 成分间的关系的图解称 为相图或平衡图。
● 合金系：指研究的对象。如：Fe-C系，Pb-Sn系等。
● 状态：指合金在一定条件下有哪几相组成， 称为合金在该条 件下的状态。 如纯铁在1538℃以上的状态为液相;在1538℃时为液相和固 相两相共存; 1538℃以下为固相.
匀晶转变：在一定温度范围内，不断由液相中凝固出 固溶体，液相、固相成分都不断随温度的下降而沿液 相线和固相线变化的过程，叫做匀晶转变。
23
五 匀晶结晶的特点
1）树枝状长大：a固溶体在从液相中结晶出来的过程中， 包括有生核和长大两个过程，但固溶体更趋于呈树枝状 长大。
2）变温结晶过程：在一个温度区间进行。
14
B.复杂结构的间隙化合物
当非金属原子半径（rB）与金属原子半径（rA）之比rB /rA大于0.59时，形成具有复杂结构的间隙化合物。
（1）形成条件：两类元素的负电性相差较大且满足rB /rA > 0.59
（2）特性
(a) 复杂结构如：Fe3C 、Cr7C3 Cr23C6 (b) 高熔点、高硬度，但比间隙相的略低，在钢中也起强化作用； 塑性为零，加热容易分解 © 常形成Cr、Mn、Co、Fe的碳化物或它们的合金碳化物，常见 的类型有：M3C、M7C3、M23C6、M6C。
工程材料二元合金的结晶
1
2
② 确定两平衡相的相对重量
设合金的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q。
• 则 QL + Q =1
QL x1 + Q x2 =x
解方程组得
QL
x2 x x2 x1
Qα
x x1 x2 x1
式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段xx2 (ob)、
x1x2 (ab)、 x1x(ao)的长度。
Pb—Sn 合金相图
③ 液固相线：液相线adb，固相线acdeb。a、b分别为Pb、Sn的 熔点。
④ 固溶线: 溶解度点的连 线称固溶线。相图中cf、 eg线分别为 Sn在 Pb中 和 Pb在 Sn中固溶线。 固溶体溶解度随温度降 低而下降。
Pb—Sn 合金相图
⑤ 共晶线：水平线cde叫做共晶线。在共晶线对应的温度下
1083
L
液相区
L+
相图分析(点、线、区 )
两点：纯组元的熔点 两线：L, S相线 三区：L, α, L+α。
1455纯镍 熔点固Fra bibliotek线Cu
固相区
20
液固两相区
40 60 Ni%
Ni 80 100
铜-镍合金匀晶相图
⑴ 合金的结晶过程
相图分析
Tb
由液相结晶出单相固溶体 的过程称为匀晶转变。
L
6、合金系—由给定组元配置成的一系列成分 不同的合金，组成一个合金系统。
合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析. 相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶
过程的简明图解。
合金成分
相组成
温度,压力
相图
3第三章--材料的凝固ppt课件(全)
溶体转变线
温N
度
J A+
L D
相区标注
L+A AE
C L+ Fe3C F
组织组成物标注 G
A+ Fe3C
A+
Le
复相组织组成物：
F
珠光体P(F+ Fe3C)
A+F S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Le Le+ Fe3CⅠ K
P P
F+ Fe3C
P+
Le’
莱氏体Le(A+ Fe3C)
QP+F Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+Le’ Le’+ Fe3CⅠ
混合物，称作莱氏体，用Le 表示。为蜂窝状。以Fe3C为 基，性能硬而脆。
莱氏体
PSK：共析线
S ⇄FP+ Fe3C 共析转变的产物是与
Fe3C的机械混合物, 称 作珠光体，用P表示。
L+δ
δ+
L+
+
L+ Fe3C + Fe3C
F+ Fe3C
扫描电镜形貌 珠光体(光镜)
珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布, 性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。
Q
不易分辨。室温组织为P.
珠光体
共析钢的结晶过程
㈢ 亚共析钢的结晶过程 0.09~0.53%C亚共析钢
冷却时发生包晶反应。
Ⅲ
A
H
B
J
以0.45%C的钢为例 合金在 4 点以前通过匀
晶→包晶→匀晶反应全
部转变为。到4点，由
G S
P
+Fe3C
- 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)。
形成间隙固溶体的溶质元素是原 子半径较小的非金属元素，如C、N、B 等，而溶剂元素一般是过渡族元素。
§3.1 固态合金中的相结构 体心立方晶格的八面体间隙
§3.1 固态合金中的相结构
间隙固溶体的结构示意图
形成间隙固溶体的一般规律为:
r质/r剂<0.59
C、N、H、 B、O
§3.1 固态合金中的相结构
b. 具有复杂结构的间隙化合物
—当r非/r金>0.59时形成复杂 结构间隙化合物。
如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C称渗 碳体，是钢中重要组成相，具有 复杂斜方晶格。
化合物也可溶入其它元素原子， 形成以化合物为基的固溶体。
Fe3C的晶格
高温合金中的Cr23C6
§3.1 固态合金中的相结构
Solid Gas
Temperature
水的相图
§3.1 固态合金中的相结构
固态合金中的相分为固溶体和金属间化合物两类。
黄铜置换固溶体组织
铁碳合金中的Fe3C
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.2 固溶体（Solid Solution）
与液态的溶液一样，我们可以把一种金属元素原子“溶解” 入另一种固态金属中。
Cu-Ni置换固溶体 Fe-C间隙固溶体
§3.1 固态合金中的相结构
1. 置换固溶体：
溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的称 有序固溶体。
黄铜置换固溶体组织
§3.1 固态合金中的相结构
2. 间隙固溶体:
溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形 成的固溶体。
尺寸因素: 对于置换固溶体，溶质、溶 剂原子间的尺寸相差越小，溶解度越大。 对于间隙固溶体，溶质原子越小，溶解 度越大。
电负性因素: 电负性相差越大，越不利 固
于形成固溶体。
溶 体
晶体结构因素：晶格类型相同的置换固 溶体，才有可能形成无限固溶体。
间隙固溶体都是有限固溶体。
Cu-Ni无限固溶体
化 合 物 Cu-Zn有限固溶体
学习难点：
准确区分相、组织、相组成物、组织组成物。
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.1 相的概念
1. 合金:
是指由两种或两种以上元素组成的 具有金属特性的物质。
2. 合金系:
黄铜
由给定的两个或两个以上的组元按
不同比例配制成的合金总称。
组成合金的元素可以是全部是金属，也 可是金属与非金属。
Al-Cu两相合金
§3.1 固态合金中的相结构
形成无限固溶体的原子置换示意图
§3.1 固态合金中的相结构
4. 固溶体的性能
随溶质含量增加, 固溶体的强 度、硬度增加, 塑性、韧性下 降—固溶强化。
产生固溶强化的原因是溶质 原子使晶格发生畸变及对位 错的钉扎作用。
与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。但 与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。
a. 间隙相：r非/r金0.59, 具有简单晶
格结构的间隙化合物。如 M4X (Fe4N)、 M2X (Fe2N、 W2C)、 MX (TiC、VC、TiN)等。 间隙相具有金属特征和极高的硬 度及熔点，非常稳定。 部分碳化物和所有氮化物属于间 隙相。
VC的晶体结构
§3.1 固态合金中的相结构
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.3 金属间化合物（Intermetallic Compound）
合金中其晶体结构与组 成元素的晶体结构均不相同 的固相称金属化合物。金属 化合物具有较高的熔点、硬 度和脆性，并可用分子式表 示其组成。
铁碳合金中的Fe3C
§3.1 固态合金中的相结构
1. 正常价化合物—符合正常原 子价规律。如Mg2Si
合金在固态时,组元之间相互溶解，形成在某一组元的晶 格中包含有其他组元原子的新相称为固溶体。
与合金晶体结构相同的元素称溶剂；其它元素称溶质。
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.2 固溶体（Solid Solution）
按溶质原子在晶格中所处位置分 为置换固溶体和间隙固溶体。
固溶体是合金的重要组成相，实 际合金多是单相固溶体合金或以 固溶体为基的合金。
3. 金属间化合物的主要性能
具有一定程度的金属性质； 具有较高的熔点； 硬度较高； 脆性高。
两合相金
§3.1 固态合金中的相结构
相的基本属性
一致的晶体结构和原子排列方式； 相同的物理、化学性能； 与周围的非同相物质之间有确定的界面； 不同的相可予以机械性分离。
§3.1 固态合金中的相结构
一杯冰水有两相 液相 固相
一碟椒盐也有两相 食盐 花椒
Pressure
Liquid
工程材料学
南京航空航天大学 梁文萍
第三章 合金的相结构与二元合金相图
§3.1 固态合金中的相结构 §3.2 二元合金相图的建立 §3.3 匀晶相图及平衡结晶过程 §3.4 二元共晶相图 §3.5 二元包晶相图 §3.6 其他类型的二元合金相图 §3.7 相图与性能的关系
学习要求和难点
学习重点：
1. 固态合金的相结构分类、形成条件和特点。 2. 三种典型二元合金相图特点、结晶过程。 3. 杠杆定律及其应用。 4. 运用相图分析合金的性能。
3. 固溶体的溶解度:
溶质原子在固溶体中的极限浓度。
c
溶质元素的质量 固溶体的总质量
100％
例:
(1)Cu_Ni无限互溶；
溶解度有限度的固溶体称有限固溶体。(2)Cu_Zn溶解度有限； 组元无限互溶的固溶体称无限固溶体。(3)Cu_Pb几乎不溶。
§3.1 固态合金中的相结构
影响固溶体溶解度的主要因素：
§3.1 固态合金中的相结构
3. 相(Phase):
ห้องสมุดไป่ตู้
单合相金
是指金属或合金中成分、结构
和性能相同，并与其它部分有界面
分开的均匀组成部分。
4. 显微组织(Microstructure): 是指在显微镜下观察到的材料
内部所具有的形态特征，即金属中 各相或各晶粒的形态、数量、大小 和分布的组合。
组成合金的元素相互作用可形成不同的相。
2. 电子化合物—符合电子浓度 规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与原子 数的比值。
Al-Mg-Si合金中的Mg2Si Pb基轴承合金中的电子化合物
§3.1 固态合金中的相结构
3. 间隙化合物
—由过渡族元素与C、N、B、H等小原子半径的非金 属元素组成。
碳 化 钒 的 结 构
§3.1 固态合金中的相结构
§3.1 固态合金中的相结构 体心立方晶格的八面体间隙
§3.1 固态合金中的相结构
间隙固溶体的结构示意图
形成间隙固溶体的一般规律为:
r质/r剂<0.59
C、N、H、 B、O
§3.1 固态合金中的相结构
b. 具有复杂结构的间隙化合物
—当r非/r金>0.59时形成复杂 结构间隙化合物。
如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C称渗 碳体，是钢中重要组成相，具有 复杂斜方晶格。
化合物也可溶入其它元素原子， 形成以化合物为基的固溶体。
Fe3C的晶格
高温合金中的Cr23C6
§3.1 固态合金中的相结构
Solid Gas
Temperature
水的相图
§3.1 固态合金中的相结构
固态合金中的相分为固溶体和金属间化合物两类。
黄铜置换固溶体组织
铁碳合金中的Fe3C
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.2 固溶体（Solid Solution）
与液态的溶液一样，我们可以把一种金属元素原子“溶解” 入另一种固态金属中。
Cu-Ni置换固溶体 Fe-C间隙固溶体
§3.1 固态合金中的相结构
1. 置换固溶体：
溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的称 有序固溶体。
黄铜置换固溶体组织
§3.1 固态合金中的相结构
2. 间隙固溶体:
溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形 成的固溶体。
尺寸因素: 对于置换固溶体，溶质、溶 剂原子间的尺寸相差越小，溶解度越大。 对于间隙固溶体，溶质原子越小，溶解 度越大。
电负性因素: 电负性相差越大，越不利 固
于形成固溶体。
溶 体
晶体结构因素：晶格类型相同的置换固 溶体，才有可能形成无限固溶体。
间隙固溶体都是有限固溶体。
Cu-Ni无限固溶体
化 合 物 Cu-Zn有限固溶体
学习难点：
准确区分相、组织、相组成物、组织组成物。
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.1 相的概念
1. 合金:
是指由两种或两种以上元素组成的 具有金属特性的物质。
2. 合金系:
黄铜
由给定的两个或两个以上的组元按
不同比例配制成的合金总称。
组成合金的元素可以是全部是金属，也 可是金属与非金属。
Al-Cu两相合金
§3.1 固态合金中的相结构
形成无限固溶体的原子置换示意图
§3.1 固态合金中的相结构
4. 固溶体的性能
随溶质含量增加, 固溶体的强 度、硬度增加, 塑性、韧性下 降—固溶强化。
产生固溶强化的原因是溶质 原子使晶格发生畸变及对位 错的钉扎作用。
与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。但 与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。
a. 间隙相：r非/r金0.59, 具有简单晶
格结构的间隙化合物。如 M4X (Fe4N)、 M2X (Fe2N、 W2C)、 MX (TiC、VC、TiN)等。 间隙相具有金属特征和极高的硬 度及熔点，非常稳定。 部分碳化物和所有氮化物属于间 隙相。
VC的晶体结构
§3.1 固态合金中的相结构
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.3 金属间化合物（Intermetallic Compound）
合金中其晶体结构与组 成元素的晶体结构均不相同 的固相称金属化合物。金属 化合物具有较高的熔点、硬 度和脆性，并可用分子式表 示其组成。
铁碳合金中的Fe3C
§3.1 固态合金中的相结构
1. 正常价化合物—符合正常原 子价规律。如Mg2Si
合金在固态时,组元之间相互溶解，形成在某一组元的晶 格中包含有其他组元原子的新相称为固溶体。
与合金晶体结构相同的元素称溶剂；其它元素称溶质。
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.2 固溶体（Solid Solution）
按溶质原子在晶格中所处位置分 为置换固溶体和间隙固溶体。
固溶体是合金的重要组成相，实 际合金多是单相固溶体合金或以 固溶体为基的合金。
3. 金属间化合物的主要性能
具有一定程度的金属性质； 具有较高的熔点； 硬度较高； 脆性高。
两合相金
§3.1 固态合金中的相结构
相的基本属性
一致的晶体结构和原子排列方式； 相同的物理、化学性能； 与周围的非同相物质之间有确定的界面； 不同的相可予以机械性分离。
§3.1 固态合金中的相结构
一杯冰水有两相 液相 固相
一碟椒盐也有两相 食盐 花椒
Pressure
Liquid
工程材料学
南京航空航天大学 梁文萍
第三章 合金的相结构与二元合金相图
§3.1 固态合金中的相结构 §3.2 二元合金相图的建立 §3.3 匀晶相图及平衡结晶过程 §3.4 二元共晶相图 §3.5 二元包晶相图 §3.6 其他类型的二元合金相图 §3.7 相图与性能的关系
学习要求和难点
学习重点：
1. 固态合金的相结构分类、形成条件和特点。 2. 三种典型二元合金相图特点、结晶过程。 3. 杠杆定律及其应用。 4. 运用相图分析合金的性能。
3. 固溶体的溶解度:
溶质原子在固溶体中的极限浓度。
c
溶质元素的质量 固溶体的总质量
100％
例:
(1)Cu_Ni无限互溶；
溶解度有限度的固溶体称有限固溶体。(2)Cu_Zn溶解度有限； 组元无限互溶的固溶体称无限固溶体。(3)Cu_Pb几乎不溶。
§3.1 固态合金中的相结构
影响固溶体溶解度的主要因素：
§3.1 固态合金中的相结构
3. 相(Phase):
ห้องสมุดไป่ตู้
单合相金
是指金属或合金中成分、结构
和性能相同，并与其它部分有界面
分开的均匀组成部分。
4. 显微组织(Microstructure): 是指在显微镜下观察到的材料
内部所具有的形态特征，即金属中 各相或各晶粒的形态、数量、大小 和分布的组合。
组成合金的元素相互作用可形成不同的相。
2. 电子化合物—符合电子浓度 规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与原子 数的比值。
Al-Mg-Si合金中的Mg2Si Pb基轴承合金中的电子化合物
§3.1 固态合金中的相结构
3. 间隙化合物
—由过渡族元素与C、N、B、H等小原子半径的非金 属元素组成。
碳 化 钒 的 结 构
§3.1 固态合金中的相结构