1、工程材料機械制造基礎(chǔ) - 第四章 合金的結(jié)晶與相圖 第四章 合金的結(jié)晶與相圖( Crystal and Phase Diagram of Alloy )基本概念合金在固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)及性能二元合金相圖的建立與結(jié)晶過程分析第一節(jié) 基本概念合金 ( alloy )組元 ( 元 ) ( element ) 相 ( phase )顯微組織 ( microscopic structure )第 二 節(jié) 合金在固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)及性能固溶體 (solid solution )金屬化合物 ( metallic compound )機械混合物 ( mechanical impurity )一.固溶體 ( solid

2、 solution ) 溶劑A + 溶質(zhì)B = C bcc fcc bcc例如: Fe + C = F ( 鐵素體 ) 體心 六方 體心固溶體的結(jié)構(gòu)特點 鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)一)固溶體的主要類型及形成條件1.置換固溶體 ( substitution solid solution ) * 形成特征: R溶劑 R溶質(zhì) 例如: Au - Cu 置換固溶體結(jié)構(gòu)示意圖置換固溶體的分類無限固溶體有限固溶體無序固溶體有序固溶體 有序固溶體結(jié)構(gòu)示意圖Cu3AuCuAu2.間隙固溶體 ( interstitial solid solution ) * 形成的特征: R溶質(zhì) / R溶劑 0.59 例如: Fe - C

3、 間隙固溶體結(jié)構(gòu)示意圖二)固溶體的性能 固溶強化 ( solution strength )晶格畸變 ( distortion of lattice ) 溶質(zhì)原子對晶格畸變影響示意圖二.金屬化合物 ( intermetallic compound )溶劑A + 溶質(zhì)B = C bcc fcc cph 例如: 3Fe + C = Fe3C 體心 六方 復雜結(jié)構(gòu)金屬化合物的結(jié)構(gòu)特點具有原子整數(shù)倍關(guān)系 3Fe + C = Fe3C 體心 六方 復雜結(jié)構(gòu) 8000%HB 80 3 50% 0% 滲碳體( Fe3C )晶格結(jié)構(gòu)示意圖一) 金屬化合物的主要類型1.正常價化合物 ( normal compo

4、unds )2.電子價化合物 ( electron compounds )3.間隙化合物 ( interstitial compounds )二) 金屬化合物的主要性能具有一定程度的金屬性質(zhì)。具有較高的熔點。硬度較高。脆性高。三. 機械混合物 ( mechanical impurity )機械混合物的結(jié)構(gòu)特點 具有重量百分比的關(guān)系 溶劑A + 溶質(zhì)B = C bcc fcc bcc + fcc例如 88.5F + 11.5Fe3C = 100P 體心 復雜結(jié)構(gòu) 體心 + 復雜 機械混合物的性能特點取決于組元的相對數(shù)量。取決于組成相的大小和形狀。具體數(shù)值介于組元性能之間。 第三節(jié) 二元合金相圖的

5、建立 與結(jié)晶過程分析一.基礎(chǔ)知識 1.合金系 ( alloy series ) 2.平衡組織 ( statenchyma ) 3.相圖 ( phase diagram ) 二.相圖的建立名稱A金屬B金屬晶格類型bccbcc熔點高低合金1100%0%合金290%10%合金380%20%.合金920%80%合金1010%90%合金110%100%熱 分 析 法 二.相圖的建立時間溫度90705030AB溫度A溫度B溫度abab : 液相線ab : 固相線LL + SSL : 液相區(qū)S : 固相區(qū)L+S:液固共存區(qū)AB溫度TLTSTnbacABabLS溫度100C時,糖在水中的飽和度為80%。90C

6、時,糖在水中的飽和度為70%。過飽和體的濃度為含糖量90%。1.勻晶相圖TLTSTnbac杠桿定理QS=(bcab) 100% QL=(acab) 100% QS + QL = 1aQS + bQL = cABabLS溫度QLQs 2.共晶相圖溫度成分100%A100%BLSAL + SASB L +SB2.共晶相圖SA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SBLX SA+SB YSALSALSAL溫度成分100%A100%BLL + SA L +SB 共晶相圖的建立 共 晶 相 圖SA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SB溫度成分100%A100%BLL + SA L +SBSA+(SA+SB)SB +(SA+SB)X%YSA+SB溫度成分100%A100%BSS + SA S +SB