机械工程材料—第2章 二元合金的相图及结晶.ppt

工学院,主讲人：杨拓宇,机 械 工 程 材 料,第2章 二元合金的相图及结晶,2.1合金中的相 2.2二元合金相图的建立 2.3匀晶相图 2.4共晶相图 2.5包晶相图 2.6组员间形成稳定化合物的相图 2.7由二元相图判断合金性能,一、组元与相的概念 二、固溶体 三、金属化合物,2.1 合金中的相,一、组元与相的概念,组元组成合金最基本的、独立存在的物质称为组元。例如：元素、稳定化合物。如，Fe-C合金中，Fe、C均为组元,相在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的部分称为相；相与相之间有明显的界面分开。,合金中有两类基本相 固溶体 和 化合物,二、固溶体,固溶体概念 溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。固溶体保持溶剂金属的晶体结构，只引起晶格常数变化。,按溶质原子在固溶体中的溶解度，固溶体可以分为有限固溶体和无限固溶体。有限固溶体：溶质含量超过其固溶度，就会形成其它相。无限固溶体：两组元能任意比例互溶。按溶质原子在晶格中分布状态分：无序固溶体和有序固溶体无序固溶体：溶质原子在晶格中随即分布。有序固溶体：溶质原子在晶格中占据晶体结构的一定位置。有些合金在一定温度下：可由无序变为有序。,固溶体类型,固溶强化,形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象,正常晶格,晶格畸变,晶格畸变,小原子置换引起的晶格畸变,间隙原子引起的晶格畸变,二、金属间化合物,化合物类型,合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相,正常价化合物 按化合价规律形成，如，Mg2Si。,间隙化合物 过渡金属+小半径非金属元素,电子化合物 按电子浓度规律形成，如，Cu3Al。,间隙化合物 熔点高、硬度高，脆性大。,组织：用肉眼或显微镜观察到的材料微观形貌图像的统称,2.2 二元合金相图的建立,一、概述合金系：由相同的几个元素以不同的比例配制的一系列合 金称为。相图：是表示合金系在平衡条件下，不同压力、温度、成分 时的各相关系的简明图解。,热 分 析 法,相图的测定,a,b,ab:液相线,ab:固相线,L,L+S,S,L:液相区,S:固相区,L+S:液固共存区,TS,Tn,b,a,A,B,a,b,L,S,温度,三、相图应用1、由相图确定某一成分合金某一温度是存在的相2、由相图确定给定合金的相变温度。3、杠杆定律,确定两平衡相的相对重量,则 QL+Q=1 QL x1+Q x2=x 解方程组得,设合金的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q。,相图分析 合金的结晶过程 合金凝固时的成分过冷,2.3 匀晶相图,一、相图分析,匀晶系：两组元在液态和固态都无限固溶的合金系匀晶相图：匀晶系合金的相图匀晶转变：合金凝固时，从液相中结晶出单相的固溶体，这种结晶称为-,相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L，固相线以下为 固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+）。,二、合金的结晶过程,成分（wt%Ni）,随温度下降，固溶体重量增加，液相重量减少。同时，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。,这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应。,原子不能充分扩散；先结晶部分含高熔点组元较多（晶粒中心）；后结晶部分含低熔点组员较多（晶粒边缘）；这种晶粒内部成分不均匀的现象称为晶内偏析（见26页图-2.11）,上述过程温度变化及其缓慢；两组元充分扩散，称为平衡结晶实际生产中不能满足这种条件，合金浇注后冷却速度较快，凝固过程偏离平衡条件。称为不平衡结晶,