合金的结构与相图.

Cu-Ni合金结晶过程示意图
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匀晶相图不平衡结晶
匀晶相图不平衡结晶

成分偏析
冷速过快（非平衡状态）→先结晶与后结晶的 晶粒成分不同（枝干与枝晶）→扩散不均匀→ 枝晶偏析
对策：扩散退火
相图的使用

由相图某成分合金在某温度时的相 由相图确定给定合金的相变温度 由相图某成分合金在某温度时的两个 平衡相的成分和相对质量－杠杆定律
金属化合物
合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相
正常价化合物 —— 按化合价规律形成，如，Mg2Si。 电子化合物 —— 按电子浓度规律形成，如，Cu3Al。 间隙化合物 —— 过渡金属+小半径非金属元素 间隙相 如，WC、TiC、VC 复杂结构的间隙化合物 如，Fe3C、Cr23C6
弥散均匀分布在基体上
mL/m=b1c1/a1b1 相线和固相线变化。 相的成分是确定的。
1455
c1
相区内，对应温度T1 T1 时两相在合金b中的相 T2 对质量各为
c 杠杆定律推论：在两
mL =b1c1/a1c1
20
b 40
Ni
60 Ni%
80
100
m =a1b1/a1c1 =1- mL
共晶相图
共晶相图：液相两组元无限互溶，固相两组元有 限溶解的合金系，当溶质超出固溶体溶解极限时， 冷却过程中发生共晶转变，这类合金构成的相图 称为共晶相图。
相图的坐标系（成分—温度）
组元A
温 度 表象点
组元B
成分 合金中A、B含量的变化线
相律
Gibbs相律： 表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元 数和相数之间的关系。 f=c-p+2 其中系统的自由度数是指在保持合金系的相 的数目不变的情况下，合金系中可以独立改变的、 影响合金状态的内部及外部因素的数目。 当系统的压力为常数时， f=c-p+1
金属材料重要的强化方式之一，固溶体具有良好的 综合机械性能（强硬度、塑韧性的综合），一般作 为合金的基体相。
正常晶格
原子引起 的畸变
金属化合物：溶质原子与金属溶剂原子相互反应
形成的合金相称为金属化合物。
性能特点
化合物性能：熔点高、硬度高，脆性大。
结构判断
反应
金属化合物C形成新结构与A、B组元结构无关。
弥散强化
相图
平衡是指在一定条件下合金系中参与 相变过程的各相的成分和质量分数不 再变化所达到一种状态。合金在极其 缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般 可以认为是平衡的结晶过程。
相图是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，也称为平衡图 或状态图，是合金体系中材料的状态与温度、成分 间关系的简明图解。
4 将各个成分垂线上具有相同意义的点连接成线，再加上标
注。
相图的建立
建立Cu-Ni相图
液相线
温 度
温 度
固相线
时间
成分
二元状态图的基本类型
二元匀晶相图
二元共晶相图
二元包晶相图 二元合金相图
形成稳定化合物的相图
具有共析转变的相图
其他二元合金相图
重点学习内容
匀晶相图
两组元在液态和固态均能无限互 溶时所构成的相图称为匀晶相图。
液相
固液两相
固相 X Y
% Y 增加
匀晶相图分析（Cu-Ni合金为例）
液相线 T,C 1500 1400 1300 1200 1100 1083 1000 纯铜 熔点 Cu 固相区 20 40 60 Ni% 80 液相区 L
1455
L+
纯镍 熔点

100
固相线
Ni
液固两相区
匀晶相图结晶过程分析


杠杆定律
二元合金相图的两相区内温 度一定时，两相的重量比是 一定的
杠杆定律的力学比喻
杠杆定律 杠杆定律：在两相区内，对
T,C L 1500 1 1400 a1 b 1300 1 L+ 1200 1100a 1083 2 1000 Cu
2. 1. 随着温度的降低， 在两相区内，对应 应每一确定的温度 T1，两相 质量的比值是确定的。即 两相的成分分别沿液 每一确定的温度，两
Fe + C
Fe(C)合金（钢） Fe3C (化合物）
组元：
组成合金独立的最基本单元。组元可以是元 素或是稳定化合物。
相：
具有相同结构，相同成分和性能（也可以是 连续变化的）并以界面相互分开的均匀组成 部分，如液相、固相是两个不同的相。 类比 鸡蛋 蛋白、蛋黄
组织：
用肉眼或显微镜观察到的材料内部形貌图像的统 称（宏观组织、微观组织）。组织是影响材料性 能的重要因素。 相是组织的基本组成部分
合金的相结构
思考
1. 纯金属的强度不高，耐热、耐蚀性能较差， 如何改善？ 2. 合金的结构是否与纯金属的结构相同？
合金的相结构

基本概念

固溶体
金属化合物

合金：由金属元素与其他元素（这些元素可以是金属元
素，也可以是非金属元素）组成的有金属特征的金属 材料。
思考
金属与非金属组成的是不是一定就是合金？
二元合金相图的建立
建立相图最常用方法是热分析法。它是通过测量相变时的热
效应（即相变时放出热量或吸收热量）来确定相变时的临界温度
。
相图的建立
二元合金相图的绘制步骤
1 配制不同成分的二元合金； 2 作出每个合金的冷却曲线； 3 建立T-x坐标系，把每个合金冷却曲线上的临界点分别标 在各个合金的成分垂线上。
R溶质 R溶剂
0.59
置换固溶体
间隙固溶体
按固态溶解度分：
有限固溶体：间隙固溶体只能是有限固溶体 无限固溶体：无限固溶体只能是置换固溶体
形成无限固溶体的必备条件：
置换固溶体 组元点阵相同 原子尺寸相差不大 负电性相同
固溶体的性能
固溶强化：
溶质溶于溶剂中使固溶体的强度、硬度随溶质原子浓 度升高而明显增加，塑性、韧性稍有下降的现象。
不同的相构成不同的组织！ 相同的相，但当组成相的数量、大小、 形态和分布不同时，其组织也不同！
合金中的基本相：

固溶体 —— 溶质原子溶于溶剂晶格中，保 持溶剂晶格的合金相。 化合物——合金组元形成晶格类型与任一 组元都不相同的新相。

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”
晶体结构特点
均一的、保持溶剂金属的晶体结构 晶格常数发生一定变化
结构判断
溶解
若A为溶剂且结构为bcc，则固溶体C的结构为bcc， 跟B组元无关。
固溶体的分类
按溶质原子所占据的位置
置换固溶体：溶质原子一般为半径相差不大的原子 间隙固溶体：溶质原子半径小的非金属原子 （H、O、N、C、B）