第四章 二元合金

第四章二元合金第一節(jié)合金的相結(jié)構(gòu)合金(alloy):一種金屬元素與另外的元素組成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)本章主要內(nèi)容合金的相結(jié)構(gòu)二元合金相圖：重要的分析方法什么叫相(phase)？成分相同或連續(xù)變化、結(jié)構(gòu)相同、與其它部分以界面分開(kāi)的均勻組成部分合金的相包括固溶體和化合物一、固溶體(solidsolution)1.固溶體的基本概念形成合金的元素在固態(tài)下相互溶解，形成在某一組元晶格中包含其它組元的新相——固溶體

固溶體=溶質(zhì)+溶劑；固溶體晶格與溶劑相同問(wèn)：（鐵素體）體心六方體心例如固溶體的濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）=溶質(zhì)質(zhì)量/總質(zhì)量固溶度：溶質(zhì)在固溶體中的溶解度；極限濃度2.固溶體的分類(lèi)無(wú)限固溶體有限固溶體（端際固溶體）按固溶度分按照溶質(zhì)在溶劑晶格中的位置分置換固溶體間隙固溶體置換固溶體溶質(zhì)原子位于溶劑晶格某些節(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體無(wú)序固溶體Cu3AuCuAu有序固溶體間隙固溶體interstitialsolidsolution溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格的間隙位置而形成的固溶體置換固溶體可能是無(wú)限固溶體也可能是有限固溶體間隙固溶體只能是有限固溶體鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)H、N、O、C、B溶于過(guò)渡族金屬R溶質(zhì)/R溶劑<0.593.固溶體的性能強(qiáng)度高，一定塑韌性：合金基本相電阻提高，與溫度關(guān)系不大：電熱絲固溶強(qiáng)化solutionstrength隨著溶質(zhì)原子的溶入，塑性變形抗力提高，表現(xiàn)為強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降原因：溶質(zhì)原子溶入，造成了晶格畸變，其應(yīng)力場(chǎng)將與位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生彈性交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)晶格畸變(distortionoflattice)二、金屬化合物inter-metalliccompound金屬化合物組元間發(fā)生相互作用而形成的晶格和性能不同于任一組元的新相，一般稱(chēng)為中間相，例如：Fe3C，CuAl2等除離子鍵、共價(jià)鍵外，金屬鍵也參與作用金屬化合物的主要類(lèi)型正常價(jià)化合物normalcompounds

電子化合物electroncompounds

間隙化合物interstitialcompounds

金屬化合物性能金屬化合物一般具有復(fù)雜晶格，熔點(diǎn)高，硬而脆金屬化合物一般不作為材料基體，作為材料的強(qiáng)化相第二節(jié)二元合金相圖1.基本概念合金的組元(元)

組成合金的最簡(jiǎn)單、最基本、且能獨(dú)立存在的物質(zhì)組元可以是元素，可以是穩(wěn)定的化合物二元合金、三元合金；多元和金合金系(alloyseries)由給定組元配制的不同成分合金所組成的合金系統(tǒng)例如Fe-C、Al-Cu合金相的形式：固溶體、化合物、液相一、相圖的基本知識(shí)相變：合金加熱冷卻過(guò)程中，相與相發(fā)生轉(zhuǎn)變相平衡：某狀態(tài)下，系統(tǒng)各相數(shù)量維持不變(動(dòng)態(tài)平衡)

平衡相圖

(phasediagram)平衡相圖簡(jiǎn)稱(chēng)相圖，也稱(chēng)為平衡圖、狀態(tài)圖表達(dá)合金系中不同成分合金相平衡關(guān)系的圖形相圖是表示合金系中，合金狀態(tài)、溫度及成分關(guān)系的圖解，是金屬學(xué)重要工具之一2.二元合金相圖的建立配制不同成分合金測(cè)定相轉(zhuǎn)變溫度繪制相圖建立方法Cu-Ni合金相圖的建立過(guò)程舉例時(shí)間溫度溫度CuNiNi%60402080100%Ni40%Ni60%Ni80%Ni100%Cu20%Ni二、勻晶相圖Isomorphous勻晶轉(zhuǎn)變：由液相形成單一固溶體過(guò)程L→α勻晶相圖：完全具有勻晶轉(zhuǎn)變的相圖具有勻晶相圖的二元合金系統(tǒng)有Cu-Ni,Fe-Cr,Ag-Au,Nb-Ti,Cr-Mo,W-Mo等相圖分析坐標(biāo)點(diǎn)線(xiàn)區(qū)CuNiNi%溫度b21時(shí)間b合金的成分垂線(xiàn)垂線(xiàn)與相線(xiàn)的交點(diǎn)做出冷卻速度曲線(xiàn)1.固溶體的平衡結(jié)晶形核和長(zhǎng)大的過(guò)程TnbaK杠桿定理求K合金在Tn溫度下兩個(gè)相的相對(duì)重量K溫度AB杠桿定律固相成分按固相線(xiàn)變化，液相成分按液相線(xiàn)變化固溶體與液相的相對(duì)量，符合杠桿定律2.固溶體的非平衡結(jié)晶固相擴(kuò)散不充分，先結(jié)晶部分的溶質(zhì)濃度較低偏析：成分不均勻的現(xiàn)象影響材料力學(xué)性能和耐蝕性能宏觀(guān)（區(qū)域）偏析，枝晶（晶內(nèi)）偏析枝晶（晶內(nèi)）偏析可以進(jìn)行擴(kuò)散退火消除(白亮區(qū)域含Ni量高、含Cu低，深色區(qū)域則相反)共晶相圖的建立三、共晶相圖Eutecticphasediagrams具有共晶相圖的合金系有Pb-Sn,Cu-Ag,Al-Si,Al-Sn,Pb-Bi,Fe-C等共晶反應(yīng)Eutecticreaction固態(tài)完全不溶解的二元共晶相圖固態(tài)有限溶解的二元共晶相圖共晶轉(zhuǎn)變(共晶反應(yīng)Eutecticreaction)：一定成分(共晶成分，共晶點(diǎn))的液相，在一定溫度(共晶溫度)下，形成成分固定的兩個(gè)固相LE→αC+βD1.共晶相圖分析共晶反應(yīng)L61.9→α19.2+β97.5共晶成分Pb-61.9%Sn，共晶溫度183℃Pb-Sn共晶相圖1L+αβL+βα+β300200600500400300200PbSbCEBDFGASb%αL100溫度（1）共晶合金Ⅰ11’室溫平衡組織Ⅰ時(shí)間（α+β）2.共晶成分合金的結(jié)晶過(guò)程幾種典型的共晶組織Pb-Sn共晶組織共晶組織中α、β兩相的相對(duì)量:杠桿定律L+αβL+βα+β300200600500400300200PbSbCEBDFGASb%αL100溫度Ⅱ12α+（α+β）+βⅡ時(shí)間122’α+（α+β）+βⅡ（α+β）β+（α+β）+αⅡα+βⅡβ+αⅡ3.亞共晶成分合金的結(jié)晶過(guò)程亞共晶成分合金的顯微組織microscopicstructure亞共晶合金組織金相照片過(guò)共晶合金的金相組織照片離異共晶Al-50%Sn偽共晶的概念：成分在共晶點(diǎn)附近的合金也可能得到100%的共晶組織離異共晶：兩相分離的共晶組織顯微組織microscopicstructure顯微組織概念

在顯微鏡下可以清楚區(qū)別開(kāi)，并具有一定形態(tài)特征的組成部分，稱(chēng)為組織組成物合金組織包括：合金的相組成、分布形態(tài)、相對(duì)數(shù)量，以及晶粒的大小、形狀等常見(jiàn)的組織形態(tài)出生相固溶體：等軸晶或樹(shù)枝晶化合物：片狀或棒狀共晶組織：兩相機(jī)械混合物分布于樹(shù)枝晶間，或粒狀共晶相圖組織分區(qū)SA+(SA+SB)SB+(SA+SB)SA+SBX%Y℃溫度成分100%A100%BSS+SAS+SB四、其它相圖SXSA+SB

Y℃1.共析相圖共析轉(zhuǎn)變：一定成分(共析成分，共析點(diǎn))的固相，在一定溫度(共析溫度)下，形成成分固定的兩個(gè)固相共析相圖2.包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變成分一定的固相與成分一定的液相，在一定溫度(包晶溫度)下，形成另一個(gè)成分（包晶點(diǎn)）固定的固相αC+LE→βD求Pb-5%Sb的合金的組織組成物的相對(duì)量？300200100PbSbCEFASb%3.511.1杠