二元合金的相结构与相图.ppt

第三章二元合金的相结构与相图

本章目的：
1讨论合金中的相概念及其类型；
2介绍各种类型的基本二元相图；
3说明相图与合金性能间的对应关系
本章要求：
1组元、相、组织、组织组成物等基本概念；
2固溶体和化合物的本质区别和性能特点；
3掌握分析相图的基本方法；
4正确运用杠杆定律。合金:
一种金属元素与另一种或几种其它元素，经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。
Pb-Sn合金,
钢（Fe-C）,
锡青铜(Cu-Sn(<14%)）组元——组成合金最基本的、能独立存在的物质。
Fe-C合金：Fe(组元一)-Fe3C(组元二)
合金系——由给定的组元以不同的比例配制成的一系列成分不同的合金系统。
例：Fe-C:90%Fe-10%C、80%Fe-20%C、
50%Fe-50%C、20%Fe-80%C
Fe-Cr-C
根据组元数分为：
二元合金、三元合金、多元合金。合金相——指合金中结构相同，成分和性能均一，并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。(phase)
金属或合金均由相构成——单相合金、多相合金。
——用α、β、γ、δ、η、θ等表示例：纯铁、钢中的相
纯铁：α-Fe；
钢：铁素体(α)＋渗碳体(Fe3C)；相结构，实指合金的晶体结构
（一）固溶体
合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。
（二）金属化合物
定义：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相称之为金属化合物。二合金的相结构
（一）固溶体
1、固溶体的分类
**按溶质原子在晶格中所占的位置分类例：
C固溶于α－Fe中形成间隙固溶体
┗铁素体
C固溶于γ－Fe中形成间隙固溶体
┗奥氏体**按固溶度分类
（1）有限固溶体——溶质原子在固溶体中的浓度有一定的限度，超过这个限度就不再溶解，这个限度称为固溶度。
（2）无限固溶体——溶质原子能以任意比例溶入溶剂，固溶度可达到100%。按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分类
（1）无序固溶体——溶质原子随机地分布于溶剂晶格中。
（2）有序固溶体——溶质原子按一定的规律分布在溶剂晶格中。CuAu中Cu原子：简单四方晶系亚点阵有序固溶体特点：
——溶质原子可形成自己的亚点阵
——一定条件下固溶体可在有序和无序间相互转化：
温度、成分例：Fe-Al合金
室温下,成分变化时：
a.Fe－Al(<25%atm)合金
——无序相：α相
b.Fe－Al(25%~35%atm)合金
——有序相：Fe3Al
c.Fe－Al(35%～50％atm)合金
——有序相：FeAl成分固定，温度变化时：
Fe3Al：
<550℃：完全有序
550℃～950℃：部分有序
>950℃：完全无序固溶体Fe3Al——金属间化合物新材料2置换固溶体及影响因素
金属元素之间一般都能形成置换固溶体，但固溶度往往相差很大。
如Cu:Ni无限互溶，
Zn最大溶解度为39%，
Pb几乎不溶解于铜。
——受元素间原子尺寸、化学亲和力、结构类型等影响。（1）原子尺寸因素
组元间原子半径越相近，固溶度越大。
原因：溶质原子引起溶剂晶格的点阵畸变，产生畸变能，晶格畸变能越高，晶格越不稳定，当畸变能高到一定程度，溶质原子将不再能溶入固溶体，只能形成其它新相。

溶剂与溶质原子的尺寸差别可用Δr/r衡量：
Δr/r=(r溶剂-r溶质)/r溶剂（2）负电性
S原子、Al原子与Fe原子大小相差接近，但Al在Fe中溶解度大——负电性因素
负电性:指元素的原子自其它原子夺取电子而变为负离子的能力。
┗可衡量元素间的化学亲和力，即形成化合物的倾向性
——取决于两元素在周期表中的位置，相距越远，负电性相差越大，越易形成化合物。——元素间负电性相差越小，越易形成固溶体，而且固溶体的固溶度也较大。（4）电子浓度因素——原子价因素
电子浓度:价电子数目与原子数目之比
现象：溶质元素的原子价越高，溶解度较小。
原因：固溶体中的电子浓度存在极限值。不同晶体结构的极限电子浓度不同：
F.C.C：1.36
B.C.C:1.483间隙固溶体
当溶质与溶剂的原子半径之比小于0.59时，可能形成间隙固溶体。
如小原子的碳(0.077nm)、氮(0.071nm)、另氧、氢、硼等非金属原子。
特点：a.同样会引起点阵畸变；
b.溶解度与原子大小和溶剂的晶格类型有关：F.C.C中>B.C.C中；
c.间隙固溶体只能是有限固溶体。4固溶体的结构特点
(1)保持着溶剂的晶格类型；
(2)晶格发生畸变5固溶体的性能
（1）固溶体强硬度高于组成它的纯金属，塑韧性低于组成它的纯金属;
（2）物理性能方面，随着溶质原子的↑，固溶体的电阻率↑，电阻温度系数↓，导热性↓。固溶体中随着溶质原子的加入，强度、硬度升高，塑性、韧性降低的现象
┗固溶强化
——金属材料的主要强