《工程材料》第四章 合金的结晶与相图

1、工程材料机械制造基础 - 第四章 合金的结晶与相图 第四章 合金的结晶与相图( Crystal and Phase Diagram of Alloy )基本概念合金在固态下的相结构及性能二元合金相图的建立与结晶过程分析第一节 基本概念合金 ( alloy )组元 ( 元 ) ( element ) 相 ( phase )显微组织 ( microscopic structure )第 二 节 合金在固态下的相结构及性能固溶体 (solid solution )金属化合物 ( metallic compound )机械混合物 ( mechanical impurity )一.固溶体 ( solid

2、 solution ) 溶剂A + 溶质B = C bcc fcc bcc例如: Fe + C = F ( 铁素体 ) 体心 六方 体心固溶体的结构特点 铁素体的晶体结构一)固溶体的主要类型及形成条件1.置换固溶体 ( substitution solid solution ) * 形成特征: R溶剂 R溶质 例如: Au - Cu 置换固溶体结构示意图置换固溶体的分类无限固溶体有限固溶体无序固溶体有序固溶体 有序固溶体结构示意图Cu3AuCuAu2.间隙固溶体 ( interstitial solid solution ) * 形成的特征: R溶质 / R溶剂 0.59 例如: Fe - C

3、 间隙固溶体结构示意图二)固溶体的性能 固溶强化 ( solution strength )晶格畸变 ( distortion of lattice ) 溶质原子对晶格畸变影响示意图二.金属化合物 ( intermetallic compound )溶剂A + 溶质B = C bcc fcc cph 例如: 3Fe + C = Fe3C 体心 六方 复杂结构金属化合物的结构特点具有原子整数倍关系 3Fe + C = Fe3C 体心 六方 复杂结构 8000%HB 80 3 50% 0% 渗碳体( Fe3C )晶格结构示意图一) 金属化合物的主要类型1.正常价化合物 ( normal compo

4、unds )2.电子价化合物 ( electron compounds )3.间隙化合物 ( interstitial compounds )二) 金属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。三. 机械混合物 ( mechanical impurity )机械混合物的结构特点 具有重量百分比的关系 溶剂A + 溶质B = C bcc fcc bcc + fcc例如 88.5F + 11.5Fe3C = 100P 体心 复杂结构 体心 + 复杂 机械混合物的性能特点取决于组元的相对数量。取决于组成相的大小和形状。具体数值介于组元性能之间。 第三节 二元合金相图的

5、建立 与结晶过程分析一.基础知识 1.合金系 ( alloy series ) 2.平衡组织 ( statenchyma ) 3.相图 ( phase diagram ) 二.相图的建立名称A金属B金属晶格类型bccbcc熔点高低合金1100%0%合金290%10%合金380%20%.合金920%80%合金1010%90%合金110%100%热 分 析 法 二.相图的建立时间温度90705030AB温度A温度B温度abab : 液相线ab : 固相线LL + SSL : 液相区S : 固相区L+S:液固共存区AB温度TLTSTnbacABabLS温度100C时,糖在水中的饱和度为80%。90C

6、时,糖在水中的饱和度为70%。过饱和体的浓度为含糖量90%。1.匀晶相图TLTSTnbac杠杆定理QS=(bcab) 100% QL=(acab) 100% QS + QL = 1aQS + bQL = cABabLS温度QLQs 2.共晶相图温度成分100%A100%BLSAL + SASB L +SB2.共晶相图SA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SBLX SA+SB YSALSALSAL温度成分100%A100%BLL + SA L +SB 共晶相图的建立 共 晶 相 图SA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SB温度成分100%A100%BLL + SA L +SBSA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SB温度成分100%A100%BSS + SA S +SB