《机械工程材料 教学课件 ppt 作者 倪兆荣 张海筹 主编 第3章 合金的结构和结晶》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程材料 教学课件 ppt 作者 倪兆荣 张海筹 主编 第3章 合金的结构和结晶（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械工程材料,倪兆荣 张海筹/主编 张帆 朱成华/副主编 王宏启/主审,第3章 合金的结构和结晶,基本概念 1.合金 合金是指两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼或烧结、或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质。 2. 组元 组元是指组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质，可简称为元。一般来说，组元就是组成的元素，但也可以是稳定的化合物。 3.合金系 合金系是指组成合金的组元相同，但组元比例或含量不同的一系列合金。两个组元组成的合金系是二元合金系，三个组元组成的合金系是三元合金系，多个组元组成的合金系是多元合金系。,合金中的相结构,基本概念 4. 相 相是指金属或合金
2、中，化学成分相同、晶体结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分 5. 组织 组织是指用肉眼或借助于显微镜所观察到的合金的相组成，相的数量、形态、大小、分布及各相之间的结合状态特征。相是组成组织的基本组成部分。,相的分类 根据相的晶体结构特点，可以将相分为固溶体和金属化合物两大类。 1. 固溶体 合金的组元之间以不同比例相互混合，混合后形成固相的晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种相就称为固溶体。 2. 金属化合物 在合金系中，组元间发生相互作用，除了形成固溶体外，还可能形成一种晶体结构与两个组元都不相同、具有金属性质的新相，即金属化合物。,第3章 合金的结构和结晶,合金中的相结构,固溶体
3、 1. 固溶体的分类 1）按照溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，可以将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。 置换固溶体。 间隙固溶体。,第3章 合金的结构和结晶,合金中的相结构,（a）置换固溶体 （b）间隙固溶体,溶质原子 溶剂原子,2）按照溶质原子在溶剂晶格中的分布有无规律性，可以将固溶体分为： 有序固溶体。 无序固溶体。,第3章 合金的结构和结晶,合金中的相结构,有序固溶体的类型,3）按照溶质原子在固溶体中的溶解度不同，可以将固溶体分为有限固溶体和无限固溶体。 有限固溶体。 如果在一定条件下，溶质组元在固溶体中有一定的溶解度，这种固溶体称为有限固溶体。大部分固溶体都属于这一类。 无限固溶体。
4、如果溶质原子能以任意比例溶入溶剂晶格中，这种固溶体成为无限固溶体。此时很难区分溶质与溶剂，一般把浓度大于50%的组员叫做溶剂，而把浓度小于50%的组元叫做溶质。,第3章 合金的结构和结晶,合金中的相结构,第3章 合金的结构和结晶,合金中的相结构,图3.3 固溶体中的晶格畸变,固溶体的性能 虽然固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但由于形成固溶体的溶质原子和溶剂原子的尺寸和性质不同，溶质原子的溶入必然导致溶剂晶格的畸变。图3.3为固溶体晶格畸变的示意图。对于置换固溶体，溶质原子较大时造成正畸变，较小时造成负畸变图3.3（a、b）；形成间隙固溶体时，晶格总是产生正畸变图3.3（c）。,第3章 合金的结构
5、和结晶,金属化合物的分类,1.正常价化合物,2.电子化合物,3.间隙化合物,合金中的相结构,第3章 合金的结构和结晶,合金中的相结构,金属化合物的性能 金属化合物虽然种类繁多，晶体结构或简单或复杂，但它们都具有共同的特点：高的熔点和硬度，高的化学稳定性和较大的室温脆性。,第3章 合金的结构和结晶,二元合金相图,相图的建立 相图是表示合金系中合金的状态与温度、成分间关系的图解，也就是用图解的方式来表示合金系在平衡条件下，不同温度和不同成分的合金所处的状态，因此相图又叫做状态图或平衡相图。 1. 二元合金相图的表示方法 合金的存在状态通常由合金的成分、温度和压力三个因素来决定，但由于合金的熔炼、加
6、工都是在常压下进行的，所以合金的状态可有合金的成分和温度两个因素来确定。,二元合金相图的表示方法,第3章 合金的结构和结晶,二元合金相图,二元合金相图的建立 建立相图的方法两种：试验测定和理论计算。 1）选用高纯度组元，配制几组成分（质量分数）不同的合 金。,Cu-Ni合金相图的建立,第3章 合金的结构和结晶,二元合金相图,二元匀晶相图 相图分析 Cu-Ni合金相图如图3.7所示，该相图是典型的二元匀晶相图。相图中有两条曲线把坐标平面分成三个区域。上面是液相线，表示Cu-Ni合金在冷却过程中开始结晶或加热过程中熔化终了的温度；下面是固相线，表示Cu-Ni合金在冷却过程中结晶终了或加热过程中开始
7、熔化的温度。液相线以上的区域是液相区，即合金在此区域所处的状态都使液态（L）；固相线以下的区域是固相区，是Cu和Ni组成的无限固溶体（ ）；液相线和固相线之间的区域是液固共存的两相区（L+ ）。,固溶体合金的平衡结晶过程,固溶体合金的不平衡结晶 由固溶体合金的平衡结晶过程可知，固溶体合金的结晶过程是和液相及固相内的原子扩散过程密切相关的，只有在极其缓慢的冷却条件下，而在平衡结晶条件下，才能使每个温度下的扩散过程进行完全，使液相或固相的整体处处均匀一致。,第3章 合金的结构和结晶,二元合金相图,二元共晶相图 二元共晶相图是指两组元在液态时无限互溶，在固态 时有限互溶，冷却时发生共晶转变，形成共晶
8、组织的 二元合金相图。 1. 相图分析 以Pb-Sn合金相图（图3.10）为例来分析共晶相图。,第3章 合金的结构和结晶,二元合金相图,图3.10 Pb-Sn合金相图,第3章 合金的结构和结晶,二元合金相图,四种类型共晶合金的冷却曲线,典型合金的平衡结晶过程及其组织 根据成分和结晶后的组织不同，共晶相图中的合金可分为四大类：M点以左和N点以右的合金，称为边际固溶体合金；E点成分的合金称为共晶合金；ME之间成分的合金称为亚共晶合金；EN之间成分的合金称为过共晶合金。,（2）共晶合金 含61.9%Sn的Pb-Sn合金（合金）属于共晶合金，其平衡结晶过程如图所示。,（3）亚共晶合金和过共晶合金 亚共
9、晶合金（合金）的平衡结晶过程示意图,其他常用的二元合金相图 二元共析相图 有些二元合金结晶后继续冷却时，会发生共析转变。共析转变是指在一定温度下，一定成分的固相同时分解出另外两个一定成分的新固相的转变过程。最常见的共析转变是Fe-Fe3C合金相图中的共析转变，该相图中的PSK线就是共析线，S点是共析点，对应的共析温度是727。成分为S点的 固溶体（奥氏体）在727温度下分解为出成分为P点的 固溶体（铁素体）和渗碳体Fe3C，形成两相混合的共析组织，称为珠光体。其反应式为,第3章 合金的结构和结晶,二元合金相图,具有稳定化合物的相图 在有些二元合金系中，组元间可能形成稳定化合物。所谓稳定化合物是指具有一定熔点，在熔点以下既不发生分解，也不发生任何化学反应的化合物。这类合金的相图中一般有一条代表稳定化合物的垂直线，表示化合物的单相区。,相图与合金使用性能的关系 利用相图可以大致判断合金在平衡状态下的力学性能和物理性能。,第3章 合金的结构和结晶,相图与合金性能的关系,2. 相图与压力加工性能的关系 相图与铸造性能的关系 相图与切削加工性能 相图与切削加工性能的关系 相图与热处理性能的关系的关系,THANK YOU！,谢谢观赏,
