金属学与热处理-第3章-纯金属与合金

第3章纯金属与合金的基本知识第一节纯金属与合金的晶体结构一、纯金属的晶体结构晶体与非晶体。晶体：指在其内部原子按一定几何规律作有规则的周期性排列的物质。各向异性。非晶体：内部的原子是无规则地堆积在一起。各向同性。（一）晶格晶格：用以描述原子在晶体中排列形式的空间格架

（二）晶胞晶胞：能够完全反映晶格结构特征的最小的几何单元。（三）金属中常见的晶格类型1.体心立方晶格a=b=c，α=β=γ=90°，体心立方晶格结构的金属α-Fe、Cr、W、Mo、V等。2.面心立方晶格a=b=c，α=β=γ=90°，面心立方晶格的金属有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。3.密排六方晶格a=b≠c，α=β=90°，γ=120°，密排六方晶格的金属有Mg、Zn、Cd、Be等。致密度：体心立方晶格的致密度为68％；面心立方晶格和密排六方晶格的致密度均为74％。二、纯金属的实际晶体结构（一）多晶体结构晶粒、晶界、显微组织（二）晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。1.点缺陷空位和间隙原子2.线缺陷位错。刃型位错金属强度与位错密度的关系3.面缺陷晶界和亚晶界。晶粒大小与金属力学性能之间的关系。三、合金的晶体结构（一）合金的基本概念合金：由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）组成的，具有金属特性的物质。组元合金系相组织（二）合金的相结构固态下的相结构：固溶体、金属化合物。1.固溶体合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相。固溶体的分类：置换固溶体和间隙固溶体。（1）置换固溶体无限固溶体、有限固溶体。（2）间隙固溶体间隙固溶体都是有限固溶体。形成间隙固溶体的条件：r溶质/r溶剂≤0.59。固溶强化。2.金属化合物金属化合物的晶格类型和性能完全不同于任一组元。金属化合物的性能：高熔点、硬度和稳定性，但脆性较大。弥散强化。第二节纯金属与合金的结晶结晶：金属与合金由液态转变为固态晶体的过程中。一、纯金属的结晶过程（一）冷却曲线和过冷现象纯金属的冷却曲线。过冷现象：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差：△T＝T0－Tn（二）纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程：晶核的不断形成和长大的过程。枝晶（三）金属晶粒大小与控制金属晶粒的大小对常温下金属的强度、塑性和韧性的影响。影响金属结晶后晶粒的大小的因素：形核率N和长大速率G。在工业生产中，常采用以下方法：1.增大过冷度2.变质处理3.附加振动二、合金的结晶与二元合金相图合金相图：表示在平衡状态下（缓慢冷却或缓慢加热条件下），合金的组成相、温度、成分三者之间关系的图形。又称为合金平衡图或合金状态图。（一）合金的结晶合金的冷却曲线

（二）二元合金相图1.二元合金相图的表示方法2.二元合金相图的建立（三）二元合金相图的基本类型及应用二元匀晶相图和二元共晶相图。

1.二元匀晶相图

二元合金系中，两组元在液态和固态下均可以任何比例相互溶解所构成的合金相图。

（1）相图分析（2）合金冷却过程分析（3）杠杆定律作用确定任一成分的合金在某一温度下，两个平衡相的化学成分和每个的相对量。①两平衡相成分的确定②两平衡相相对量的确定

mL＋mα＝mmL·x1%＋mα·x2%＝m·x%液、固两相的相对量

（4）枝晶偏析2.二元共晶相图

凡是在二元合金系中两组元在液态能完全互溶，而固态下相互有限溶解或是不溶，并发生共晶转变的相图。如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Au-Cu等。（1）相图分析Pb-Sn二元共晶合金相图。特性点、特性线共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两种成分不同固相的转变。（2）典型Pb-Sn合金的冷却过程分析①合金Ⅰ（E、D点之间的合金）二次β（或次生β相），用βⅡ表示。合金冷却到室温时的组织为α＋βⅡ。成分位于F~G点之间的合金，室温的组织为β＋αⅡ。②合金Ⅱ（C点的合金）共晶合金，室温组织为（α＋β）共晶体。③合金Ⅲ（C、E点之间的合金）亚共晶合金室温组织为α初生＋βⅡ+（α＋β）。④合金Ⅳ（C、F点之间的合金）过共晶合金室温的组织为β初生＋αⅡ