第四章 二元合金

第四章二元合金第一节合金的相结构合金(alloy):一种金属元素与另外的元素组成的具有金属性质的物质本章主要内容合金的相结构二元合金相图：重要的分析方法什么叫相(phase)？成分相同或连续变化、结构相同、与其它部分以界面分开的均匀组成部分合金的相包括固溶体和化合物一、固溶体(solidsolution)1.固溶体的基本概念形成合金的元素在固态下相互溶解，形成在某一组元晶格中包含其它组元的新相——固溶体

固溶体=溶质+溶剂；固溶体晶格与溶剂相同问：（铁素体）体心六方体心例如固溶体的浓度（质量分数）=溶质质量/总质量固溶度：溶质在固溶体中的溶解度；极限浓度2.固溶体的分类无限固溶体有限固溶体（端际固溶体）按固溶度分按照溶质在溶剂晶格中的位置分置换固溶体间隙固溶体置换固溶体溶质原子位于溶剂晶格某些节点位置而形成的固溶体无序固溶体Cu3AuCuAu有序固溶体间隙固溶体interstitialsolidsolution溶质原子分布于溶剂晶格的间隙位置而形成的固溶体置换固溶体可能是无限固溶体也可能是有限固溶体间隙固溶体只能是有限固溶体铁素体的晶体结构H、N、O、C、B溶于过渡族金属R溶质/R溶剂<0.593.固溶体的性能强度高，一定塑韧性：合金基本相电阻提高，与温度关系不大：电热丝固溶强化solutionstrength随着溶质原子的溶入，塑性变形抗力提高，表现为强度、硬度提高，塑性、韧性下降原因：溶质原子溶入，造成了晶格畸变，其应力场将与位错应力场发生弹性交互作用，阻碍位错运动晶格畸变(distortionoflattice)二、金属化合物inter-metalliccompound金属化合物组元间发生相互作用而形成的晶格和性能不同于任一组元的新相，一般称为中间相，例如：Fe3C，CuAl2等除离子键、共价键外，金属键也参与作用金属化合物的主要类型正常价化合物normalcompounds

电子化合物electroncompounds

间隙化合物interstitialcompounds

金属化合物性能金属化合物一般具有复杂晶格，熔点高，硬而脆金属化合物一般不作为材料基体，作为材料的强化相第二节二元合金相图1.基本概念合金的组元(元)

组成合金的最简单、最基本、且能独立存在的物质组元可以是元素，可以是稳定的化合物二元合金、三元合金；多元和金合金系(alloyseries)由给定组元配制的不同成分合金所组成的合金系统例如Fe-C、Al-Cu合金相的形式：固溶体、化合物、液相一、相图的基本知识相变：合金加热冷却过程中，相与相发生转变相平衡：某状态下，系统各相数量维持不变(动态平衡)

平衡相图

(phasediagram)平衡相图简称相图，也称为平衡图、状态图表达合金系中不同成分合金相平衡关系的图形相图是表示合金系中，合金状态、温度及成分关系的图解，是金属学重要工具之一2.二元合金相图的建立配制不同成分合金测定相转变温度绘制相图建立方法Cu-Ni合金相图的建立过程举例时间温度温度CuNiNi%60402080100%Ni40%Ni60%Ni80%Ni100%Cu20%Ni二、匀晶相图Isomorphous匀晶转变：由液相形成单一固溶体过程L→α匀晶相图：完全具有匀晶转变的相图具有匀晶相图的二元合金系统有Cu-Ni,Fe-Cr,Ag-Au,Nb-Ti,Cr-Mo,W-Mo等相图分析坐标点线区CuNiNi%温度b21时间b合金的成分垂线垂线与相线的交点做出冷却速度曲线1.固溶体的平衡结晶形核和长大的过程TnbaK杠杆定理求K合金在Tn温度下两个相的相对重量K温度AB杠杆定律固相成分按固相线变化，液相成分按液相线变化固溶体与液相的相对量，符合杠杆定律2.固溶体的非平衡结晶固相扩散不充分，先结晶部分的溶质浓度较低偏析：成分不均匀的现象影响材料力学性能和耐蚀性能宏观（区域）偏析，枝晶（晶内）偏析枝晶（晶内）偏析可以进行扩散退火消除(白亮区域含Ni量高、含Cu低，深色区域则相反)共晶相图的建立三、共晶相图Eutecticphasediagrams具有共晶相图的合金系有Pb-Sn,Cu-Ag,Al-Si,Al-Sn,Pb-Bi,Fe-C等共晶反应Eutecticreaction固态完全不溶解的二元共晶相图固态有限溶解的二元共晶相图共晶转变(共晶反应Eutecticreaction)：一定成分(共晶成分，共晶点)的液相，在一定温度(共晶温度)下，形成成分固定的两个固相LE→αC+βD1.共晶相图分析共晶反应L61.9→α19.2+β97.5共晶成分Pb-61.9%Sn，共晶温度183℃Pb-Sn共晶相图1L+αβL+βα+β300200600500400300200PbSbCEBDFGASb%αL100温度（1）共晶合金Ⅰ11’室温平衡组织Ⅰ时间（α+β）2.共晶成分合金的结晶过程几种典型的共晶组织Pb-Sn共晶组织共晶组织中α、β两相的相对量:杠杆定律L+αβL+βα+β300200600500400300200PbSbCEBDFGASb%αL100温度Ⅱ12α+（α+β）+βⅡ时间122’α+（α+β）+βⅡ（α+β）β+（α+β）+αⅡα+βⅡβ+αⅡ3.亚共晶成分合金的结晶过程亚共晶成分合金的显微组织microscopicstructure亚共晶合金组织金相照片过共晶合金的金相组织照片离异共晶Al-50%Sn伪共晶的概念：成分在共晶点附近的合金也可能得到100%的共晶组织离异共晶：两相分离的共晶组织显微组织microscopicstructure显微组织概念

在显微镜下可以清楚区别开，并具有一定形态特征的组成部分，称为组织组成物合金组织包括：合金的相组成、分布形态、相对数量，以及晶粒的大小、形状等常见的组织形态出生相固溶体：等轴晶或树枝晶化合物：片状或棒状共晶组织：两相机械混合物分布于树枝晶间，或粒状共晶相图组织分区SA+(SA+SB)SB+(SA+SB)SA+SBX%Y℃温度成分100%A100%BSS+SAS+SB四、其它相图SXSA+SB

Y℃1.共析相图共析转变：一定成分(共析成分，共析点)的固相，在一定温度(共析温度)下，形成成分固定的两个固相共析相图2.包晶相图包晶转变成分一定的固相与成分一定的液相，在一定温度(包晶温度)下，形成另一个成分（包晶点）固定的固相αC+LE→βD求Pb-5%Sb的合金的组织组成物的相对量？300200100PbSbCEFASb%3.511.1杠