金属材料与热处理第四章 合金的晶体结构与结晶

同理,图4-10中E点右侧合金在冷却过程中将形成β固溶体,并 从中析出αⅡ固溶体,最终获得的显微组织为β+αⅡ。
图4-19 Pb-Sn二元合金相图
四、合金力学性能与相图的关系
当合金形成单相固溶体时,合金的力学性能与 组元的性质、溶质元素的含量有关。
1.什么是合金?试举例说明。 2.什么是组元、相和显微组织? 3.合金的相结构有哪几种类型?它们的晶格特点是什么? 4.什么是固溶体、间隙固溶体、置换固溶体、有限固溶体和 无限固溶体? 5.什么是金属化合物?正常价化合物、电子化合物和间隙化 合物有什么区别?
6.什么是固溶强化?固溶强化与冷变形强化有何异同之处? 7.什么是合金相图?合金相图的作用有哪些? 8.什么是共晶转变?试举例说明。
图4-9 Cu-Ni二元合金中的枝晶偏析
三、共晶相图
凡二元合金系中两组元在液态下完全互溶,在 固态下形成两种不同固相,并发生共晶转变的,其相 图属于共晶相图,如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu等 二元合金相图。
1.相图分析 图4-10为Pb-Sn二元合金相图,图中α表示Sn在Pb中溶解所
形成的固溶体,β表示Pb在Sn中溶解所形成
图4-10 Pb-Sn二元合金相图
2.结晶过程分析
(1)共晶成分的合金 图4-10中C点成分的合金为共晶合金。
共晶转变过程在C点温度时一直进行到液相完全消失为止,结 晶终了后的合金为α固溶体和β固溶体组成的共晶组织。
(2)亚共晶成分的合金 图4-10中D点与C点成分之间的合金,称为 亚共晶合金。
溶解而形成的均匀相称为固溶体。
1.间隙固溶体 若溶质原子在溶剂晶格中并不占据结点位置,而是处于
各结点间的空隙中,则这种形式的固溶体称为间隙
图4-1 固溶体结构示意图 a)间隙固溶体 b)置换固溶体
2.置换固溶体
若溶质原子代替一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格中的 某些结点位置,则这种形式的固溶体称为置换固溶体,如图4-1b 所示。 3.固溶体的性能
第四章 合金的晶体 结构与结晶
主编
第四章 合金的晶体结构与结晶
一般来说,纯金属具有良好的导电性、导热性、塑性和 美丽的金属光泽,在人类生产和生活中获 得了广泛应用。但由于纯金属种类有限,提炼比较困难,力学 性能较低,因此无法满足人们对金属材料提出的多品种、高 性能的要求。工程上大量使用金属材料都是根据实际需要而 配制的成分不同的合金,合金具有比纯金属更高的力学性能 和某些特殊的物理、化学性能,如碳钢、铸铁、黄铜等。
第二节 合金的晶体结构
如果将合金加热到熔化状态,组成合金的各个组元 可以相互溶解形成均匀的、单一的液相,但经冷却结晶后, 由于各个组元之间的相互作用不同,在固态合金中将形成 不同的相,其原子排列方式也不相同。相的晶体结构称为 相结构,合金中的相结构可分为固溶体和金属化合物两大 类。
一、固溶体 当合金由液态结晶为固态时,组元间仍能互相
第一节 合金的基本概念
合金是由两种或两种以上的金属元素或金属 元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。 例如,碳钢及铸铁是由铁和碳组成的合金;黄铜是由 铜和锌组成的合金;硬铝是由铝、铜和镁组成的合 金。
组成合金的最基本的、独立的物质称为组元 。组元通常是纯元素,也可以是稳定的化合物,例如, 铜和锌是黄铜的两个组元,Fe3C是铁碳合金中的一 个组元。根据组成合金的组元数目多少,合金可分 为二元合金、三元合金和多元合金。
(3)过共晶成分的合金 图4-10中C点与E点成分之间的合金,称为 过共晶合金。
(4)无共晶转变的合金 图4-10中D点左侧和E点右侧的合金,在冷 却过程中不会发生共晶转变,如图中合金Ⅳ,当冷却到1点温度时开 始从液相中结晶出α固溶体,随温度下降,α固溶体量不断增加,成分 沿固相线AD变化,剩余液相量不断减少,成分沿液相线AC变化。
这类金属化合物是按一定电子浓度形成具有一定晶格类 型的化合物。
3.间Βιβλιοθήκη Baidu化合物
间隙化合物一般是由原子直径较大的过渡族金属元素( 铁、铬、钼、钨、钒等)与原子直径较小的非金属元素(氢、碳 、氮、硼等)组成的。
三、合金的组织
组织和结构是有区别的,主要表现在它们的尺 度不同。
第三节 二元合金相图
合金的组织及其形成过程比纯金属的复杂。 不同合金系中的合金,在固态下的显微组织必然不 同,而同一合金系中的合金,由于成分及其所处的温 度不同,在固态下也将形成不同的显微组织。
从合金相图中,不仅可以看到不同成分的合金在室温下的 平衡组织,而且还可以了解某一合金从高温液态以极缓慢速度冷 却到室温所经历的各种相变过程。同时,利用合金相图还能预测 合金性能的变化规律。所以,合金相图已经成为研究合金中各种 组织的形成和变化规律的有效工具,在生产实践中,合金相图是 正确制定冶炼、铸造、锻造、焊接及热处理等热加工工艺的重 要依据。
由于溶质原子的溶入,引起固溶体晶格畸变,如图4-2所示, 使位错移动时的阻力增大,变形抗力增加,结果金属的强度、硬
度提高。
图4-2 固溶体晶格畸变示意图
二、金属化合物
组成合金的两个元素,当它们在化学元素周期 表中的位置相距较远时,往往容易形成化合物。
图4-3 VC晶体结构
1.正常价化合物
这类金属化合物通常是由金属元素与化学元素周期表中 第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族元素组成的,如Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb等,其特 点是成分固定不变。 2.电子化合物
那么,一定成分的合金在一定温度下会形成什 么组织呢?合金相图是解决这个问题的一种工具。
合金相图又称合金平衡图或合金状态图,它是表示在平衡 状态下,合金组织与成分、温度之间平衡关系的图形。当一定成 分的合金在一定温度下留足够长的时间,使所存在的各相达到几 乎互不转化的状态,则可以认为是处于平衡状态,这时的相称为 平衡相。
一、二元合金相图的建立
1.二元合金相图的表示方法 纯铜的结晶过程,可以利用冷却曲线来研究。
2.二元合金相图的测定方法
合金相图一般都是通过实验的方法得到的。
二、匀晶相图 凡二元合金系中两组元在液态和固态下以任
何比例均可相互溶解,即在固态下能形成无限固溶 体时,其相图属于匀晶相图,如Cu-Ni、Fe-Cr、Au-A g等二元合金相图。