天津科技大学机械工程材料3

……必须具有金属特性合金冶炼、烧结、喷涂…合金化方法组成合金最基本的独立物质组元给定组元配制出的一系列合金合金系组织组成物中成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。合金相（相）显微组织金相磨面在显微镜下观察到的构造情况有关合金的基本概念第三章合金的结构与结晶§3.1合金的结构

黄铜（Cu-Zn合金）金属元素或金属+非金属元素组织组成物组织中具有一定特征的组成体显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数量、大小和分布的组合合金相固溶体化合物机械混合物

①总是以一种金属元素为溶剂，另一种或多种元素为溶质

②保有溶剂的晶格结构

③成分可在一定范围内变化，性能随成分的变化而变化④产生晶格畸变特征合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相概念合金的相结构1、固溶体按溶质位置置换固溶体间隙固溶体固溶体的分类：按溶解度有限固溶体无限固溶体按排列方式有序固溶体无序固溶体置换固溶体间隙固溶体Cu-Ni无限固溶体Cu-Zn有限固溶体固溶体化合物固溶体的溶解度：溶质原子在固溶体中的极限浓度置换固溶体溶质与溶剂原子半径相近，如Cu-Au、Cu-Ni。间隙固溶体溶质——原子半径较小的非金属元素，如C、N、B等溶剂——过渡族元素形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂<0.59。无限固溶体组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。间隙固溶体都是有限固溶体。

间隙固溶体都是无序固溶体。

影响固溶体类型、溶解度的因素

晶格类型、原子尺寸、电化学性（电负性） 电子浓度（价电子数与原子数的比值）固溶强化：因形成固溶体，材料的强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象。产生原因：溶质原子溶入→晶格畸变→位错运动阻力→金属塑性变形困难→强度和硬度与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。固溶体的形成对金属性能的影响概念：

合金组元之间通过化合作用所形成的一种相对稳定的相分类：

金属化合物——具有金属性质，直接对合金性能产生影响非金属化合物——脆性大，一般为杂质 特征：①可以用化学式（AmBn）表示，但不一定遵守化合价规律正常价化合物：Mg2Si、Mg2Pb

电子价化合物：CuZn、Cu5Zn8、CuZn3

间隙化合物：WC、VC、Fe3C、Cr23C62、化合物

②一定程度上具有金属的性质

③晶格结构完全不同于任一组元

④熔点高、硬而脆对合金性能的影响：

弥散分布片状分布网状分布σ、H有一定的δ(ψ)、akHσ、δ(ψ)、akσ、Hδ(ψ)、ak弥散强化

在合金中，金属化合物常作为强化相存在，起到弥散强化的作用！强度、硬度、耐磨性提高以固溶体为主，金属化合物弥散分布，强化材料的方法，称为弥散强化。3.机械混合物

定义：由两种单相固溶体，或固溶体与化合物组成的一种复相物。

结构：两相各自保持独立的晶格结构，不互溶，不化合，作为一种金相组织出现在合金中。

性能：取决于组成相的相对量、大小、形态和分布等。数值介于组元性能之间。球状珠光体片状珠光体

相图：是描述物质的状态与温度、压力、成分之间关系的图解。水的相图

合金相图：描述在热力学平衡条件下，合金系的组织状态与温度、成分间关系的图解，又称为平衡相图。如：铜－镍合金相图。

作用：设计和确定合金的成分，获得不同性能的合金材料；合金的熔炼、铸造、锻造、热处理工艺制定的依据。铜－镍合金相图§3.2合金的结晶一、二元相图的建立几乎所有相图都是实验得到的，最常用的是热分析法。二元相图的建立：[以Cu-Ni合金(白铜)为例]1.建立合金系2.测定冷却曲线，找出相变临界点3.将各相变点对应在成分—温度坐标图上，并连接具有相同意义的点定义：由液相中结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变或匀晶反应，表示匀晶转变的相图称为匀晶相图。反应表达式：

L→α

相图分析：液相线

、固相线；

L、α、（L+α）相区；

结晶过程：L→L+α→α

二、匀晶相图

确定合金冷却过程中L、α的成分杠杆定律——确定L、α的相对重量ABLα13223444液相成分沿液相线变化固相成分沿固相线变化设：m=1只适用于相图中两相区，且只能在平衡状态下使用。杠杆两端点为给定温度时两相的成分点，支点为合金的成分点。三、共晶相图定义:

液相在恒温下转变成两种固相的机械混合物的可逆反应，称为共晶反应；具有共晶反应的相图称为共晶相图。反应式：

（共晶反应、恒温、可逆）两相机械混合物——共晶体or共晶组织典型的共晶组织形态(a)层片状(b)棒状(条状)(c)球状(短棒状)(d)针状(e)螺旋状特征：两组成相细小且高度分散，相互交替分布，组织细密。共晶相图分析（以Pb-Sn相图为例

)相：α、β、L三种相变线：液相线adb

固相线acdeb

溶解度线cf

和eg

组织分区：

合金分类：α固溶体合金—c点以左的合金β固溶体合金—e点以右的合金共晶合金—d点合金亚共晶合金—c~d

之间的合金过共晶合金—d~e

之间的合金α：以Pb为溶剂、Sn为溶质的固溶体β：以Sn为溶剂、Pb为溶质的固溶体共析体γdαc+βe共析反应:（恒温、可逆）共析组织定义:一种固相在恒温下转变成另外两种固相的

机械混合物的过程，称为共析反应;

具有共析反应的相图为共析相图。

共析反应与共晶反应有何不同之处?四、共析相图

五、包晶相图

包晶反应:六、形成稳定化合物的二元相图稳定化合物:在熔化前不发生分解的化合物(如Mg-Si系的Mg2Si和Fe-C系的Fe3C)稳定化合物成分固定，在相图中是一条垂线(代表一个单相区)。垂足是其成分，

顶点是其熔点，

结晶过程同纯金属。可把稳定化合物当作纯组元看待，将相图分成几个部分进行分析.七、合金性能与相图的关系力学性能与相图的关系

固溶体的强度硬度比纯金属高。

溶质↑

→晶格畸变↑

→强度硬度（50%时最大）

两相组织(如共晶转变范围内)，合金的强度、硬度随成分的变化呈直线关系，为两相的平均值。对组织敏感的性能—强度与组成物的大小、形态、分布有关。如，组成物越细密，强度越高。

强度、硬度铸造工艺性能与相图的关系铸造性能：共晶成分和接近共晶成分的合金铸造性能好。

原因：液固相线距离愈小，结晶温度区间愈小，合金的流动性好。

锻造、轧制性能：单相固溶体合金塑性好，变形抗力小，变形均匀，不易开