工程材料--合金的相结构和二元合金相图课件.ppt
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1、第 四 章 合金的相结构和二元合金相图,1、有关概念:合金、组元、合金系、相、组织2、合金的相结构3、二元合金相图4、合金性能与相图的关系,基本要求:,1、掌握有关概念和组成合金的基本相结构2、学会分析相图,主要内容:,3、会分析典型合金的结晶过程4、会运用杠杆定律进行计算5、了解合金性能与相图的粗略关系6、熟悉合金组织的概念,引言,1、【合金】由一种金属组元和另外的金属、非金属或化合物组元组成的、具有金属特性的物质。如:钢、铜合金、铝合金等,2、【组元】组成合金的最基本的、独立存在的物质。一般合金的组元是组成合金的元素。例:钢的组元:Fe、C、Mn、Cm 二元合金、三元合金、多元合金 3、【
2、成分】指合金系中各组元的重量相对含量。有重量百分比(wt%)、原子百分比(at%)、体积百分比等,一般用重量百分比.例:45钢,含0.45%C,其余主要是Fe。,4、【合金系】指由给定组元按不同比例配制的一系列成分不同的合金。例如:FeC合金系,5、【相】指材料中成分、结构、性能相同并有界面与其他部分隔开的均匀组成部分。,6、【合金的组织】指组成合金的各个相的大小、形态、数量、分布的总称。可以是由一个或几个相组成;多个相按一定方式排列、组合而成称为机械混合物。,钢 铸造铝合金,第一节合金的相结构 根据结构、性能以及形成条件,将合金中的相分为:固溶体和化合物。一、固溶体 1、定义:溶质元素的原子
3、均匀地溶入溶剂元素的晶格中所形成的单相固体。2、按位置分类固溶体,【置换式】溶质原子取代一部分溶剂原子,占据溶剂原子晶格中某些结点位置所形成的固溶体。,【间隙式】溶质原子不占据溶剂晶格结点位置而是填嵌在溶剂原子之间所形成的固溶体。,固溶体类型,3、固溶体特点 1)晶格同溶剂;2)成分不固定:T 溶解度;3)晶格畸变;,4)性能固溶强化:强度和硬度提高的现象,二、金属化合物 1、定义:合金元素之间相互作用形成的具有金属特性的新相(AmBn)。新相的结构与组元的不相同。2、常见金属化合物 1)正常价化合物 受化合价规律制约形成。例:Mg2Si、SiC,2)电子化合物:受电子浓度规律制约形成。C电化
4、合物中价电子数化合物中原子总数 例:Cu3Al:C电(13+31)/(3+1)=3/2 3)间隙化合物:受原子尺寸大小制约形成。间隙相:例VC、TiC 复杂结构的间隙化合物:例Fe3C、Cr23C6 合金中间隙化合物的合理存在可有效的提高合金 的使用性能。,三类金属化合物的比较,三、合金的组织 1、基体多为单质金属或固溶体 2、强化相多为金属化合物。例:,基体:F(88%)HB=80,强化相:Cm(12%)HB=800,3、改善合金性能的思路:,大小、数量,形态、分布,第二节 二元合金相图,相图:是描述合金“成分、温度、组织”三者平衡关系的简明图解。平衡:指在一定条件下合金系中参与相变过程的各
5、相的成分和相对重量不再变化所达到的一种状态。二元相图:指的只有两组元合金系的相图。三元相图:三组元合金系的相图。本节讨论三个问题:1、相图是如何建造的?2、如何识别相图?3、相图有什么用途?,1、建立坐标(T合金系成分)2、配制典型合金 如:合金1100%Cu+0%Ni 合金280%Cu+20%Ni 合金n0%Cu+100%Ni 3、测各典型合金的冷却曲线找出“变态点”4、在坐标上标出各变态点的位置 5、将意义相同的点连接起来,一、相图的建造(以CuNi合金为例),tB,tA,L,L+,二、匀晶相图 两组元在液态、固态下均可无限互溶的二元合金系所形成匀晶相图。例CuNi、AuAg等 1、相图分
6、析,L,L+,1083,1455,点:,线:液相线 固相线;,区:单相区:L、,双相区:L,2、合金的结晶过程,3、杠杆定律 1)确定在给定温度下平衡两相区中各相的成分;2)计算在给定温度下某一成分合金在平衡两相区中各相的相对重量。设下图K成分合金总重量为Q,温度T时液相重QL,成分为X;固相重Q成分为X“。则有 Q=QL+Q(1)Q X=QL X+QX“(2)(1)-(2)联立解得,液相相对重量为:QL/Q()=XK/XX 100%固相相对重量为:Q/Q(%)=K X/XX100%举例:成分为60Ni(40%Cu)合金500 时各相相对重量如何?,4、相图应用 分析结晶过程、确定合金的组织状
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