合金及其组织剖析 教学课件

第三章铁碳合金§3－1合金及其组织第一页，共二十页。黑色金属——以铁及以铁碳为主的合金（钢铁）。有色金属——其他金属及其合金。第二页，共二十页。§3－1合金及其组织一、合金的基本概念二、合金的组织第三页，共二十页。一、合金的基本概念

合金——以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属料。

例如：钢、铸铁都是铁与碳组成的合金；普通黄铜是铜与锌组成的合金；硬铝是铝、铜、镁组成的合金等。

组元——组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元物质，简称元。大多数情况下是金属或非金属元素，但在研究范围内既不发生分解也不发生任何化学反应的稳定的化合物也可称为组元。根据组成合金组元数目的多少，合金可分为二元合金、三元合金和多元合金。

例如：普通黄铜就是由铜和锌两种组元组成的叫二元合金；硬铝是由铝、铜、镁三组元组成的叫三元合金。

第四页，共二十页。相——合金中成分、结构及性能相同的组成部分。

体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。体系中相的总数称为相数，用P表示。气体：一般是一个相。液体：视其混溶程度而定，可有1、2、3…个相。固体：有几种物质就有几个相，如水泥生料；但如果是固溶体和金属化合物时为一个相。区别：相和组元不是一个概念，合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并以界面相互分开的、均匀的组成部分；组元是组成合金的基本的独立物质，可以是金属和非金属也可以是化合物。

例如，同时存在水蒸气、液态的水和冰的系统是三相系统，尽管这个系统里只有一个组分——水。

第五页，共二十页。组织——合金中不同相之间相互组合配置的状态。换言之，数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不同的组织。

单相组织：单一相构成的组织。多相组织：不同相构成的组织。组织----材料中的直观形貌,可以用肉眼观察到,也可以借助于放大镜、显微镜观察到的微观形貌。分为:

宏观组织:肉眼或是30倍放大镜所呈现的形貌；

显微组织:显微镜观察而呈现的形貌。第六页，共二十页。二、合金的组织1．固溶体间隙固溶体置换固溶体2．金属化合物3．混合物单相组织多相组织按结合方式分：第七页，共二十页。1．固溶体

一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。

两组元在液态下互溶，固态也相互溶解，且形成均匀一致的物质。固溶体中含量较多的组元称为溶剂，含量较少的组元称为溶质，固溶体的晶格类型与溶剂组元的晶格类型相同。

第八页，共二十页。（1）固溶体的分类

间隙固溶体——溶质原子分布于溶剂晶格中而形成的固溶体。间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属，而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素。其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0.59。如铁碳合金中，铁和碳所形成的固溶体――铁素体和奥氏体，皆为间隙固溶体。

第九页，共二十页。

间隙固溶体形成条件：溶质原子半径很小而溶剂晶格间隙较大,一般r溶质/r溶剂≤0.59时，才能形成间隙固溶体。第十页，共二十页。置换固溶体——溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体。置换固溶体是溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15％以内时，元素周期表位置相近，易于形成置换固溶体。铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。第十一页，共二十页。

置换固溶体

形成置换固溶体时，溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取决于两者的晶格类型、原子直径及它们在负电性因素。第十二页，共二十页。间隙固溶体置换固溶体第十三页，共二十页。（2）固溶体的特性1、保持溶剂的晶格特征。2、溶质原子溶入导致固溶体的晶格畸变而使金属强度、硬度提高——即固溶强化，同时有较好的塑性和韧性。因此常作为结构材料的基本相。

3、在物理性能方面，随溶质原子浓度的增加，固溶体的电阻率下降，电阻升高，电阻温度系数减小。第十四页，共二十页。（3）固溶体的应用

适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。注：形变强化、固溶强化、热处理都是强化金属的手段。第十五页，共二十页。2、金属化合物定义：合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。金属化合物的组成一般可用化学式表示。晶格类型：不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构。性能特点：“三高一稳定”即熔点高、硬度高、脆性大和良好的化学稳定性。例如：碳钢中的Fe3C。第十六页，共二十页。金属化合物的应用当合金中出现金属间化合物时，通常能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但也会使其塑性和韧性降低，根据这一特性，绝大多数的工程材料都将金属间化合物作为重要的强化相，而不作为基体相。第十七页，共二十页。3、混合物定义：两种或两种以上的相按一定的质量百分数组成的物质。

混合物是由两种或多种物质【由两种及两种以上纯物质(单质或化合物)】混合而成的。无固定组成和性质，而其中的每种单质或化合物都保留着各自原有的性质。混合物可以用物理方法将所含物质加以分离。没有经化学合成而组成。属于多相组织。晶格类型：保持原来各相的晶格类型。性能特点：取决于原来个组成相的性能，以及它们分布的形态、数量及大小。第十八页，共二十页。总结定义晶格类型性能特点固溶体一种组元的原子溶入另一种组元的晶格中所形成的均匀固相保持溶剂的晶格类型固溶强化金属化合物合金组元之间相互作用形成一种具有金属特性的物质不同于任一组元，具有复杂的晶格类型三高一稳定混合物两种或两种以上的相按一定的质量百分数组成的物质。保持原来各相的晶格类型取决于各组成相的性能，以及它们分布的形态、数量、大小第十九页，共二十页。内容总结第三章铁碳合金。合金——以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料