金屬材料概論第三章ppt課件

1、二 合金相結(jié)構(gòu),學(xué)習(xí)內(nèi)容,一) 相的概念 ( 二) 相的分類,一) 相的概念,純金屬分為固相，液相，液相和固相共存的混合物,舉例：Cu-Zn (wZn =30%)合金是單相合金(單相黃銅) Zn 溶入Cu中的固溶體,組織是指用肉眼或顯微鏡所觀察到的材料微觀形貌,不同的組織其性能不 同,相 是組成 組織 的基本組成部分,Cu-Zn (wZn =40%)合金是兩相合金 CuZn 固溶體相 和金屬化合物-Cu-Zn 相,鐵素體+ 滲碳體 = 組織,二) 相的分類,相按其合金元素之間的相互作用和晶體結(jié)構(gòu)的特點,按溶質(zhì)原子在金屬溶劑晶格中的位置,按溶質(zhì)原子在金屬溶劑中的溶解度,固溶體： 金屬化合物,溶質(zhì)

2、原子溶入金屬溶劑中所組成的合金相,合金組元之間發(fā)生相互作用而形成的一種新相,中間相,鐵素體( /F) 碳鋼中C 原子溶入-Fe 晶格間隙中形 成的間隙固溶體 bcc,奧氏體( / A) C 原子溶入-Fe 晶格空隙中形成的間 隙固溶體 fcc,注意,金屬化合物的晶格類型及性能均不同于任一組元， 一般可用分子式表示起組成,金屬化合物中，離子鍵、共價鍵和金屬鍵參與作用 其具有一定的金屬性質(zhì)（導(dǎo)電性,舉例：碳鋼中的Fe3 C, 鋁合金中的CuAl2,金屬化合物,根據(jù)形成的條件及結(jié)構(gòu)特點,金屬化合物,具有嚴格的化學(xué)比，成分不變，可用 化學(xué)式表示； 具有較高的硬度，脆性較大。 Mg2Si, Cu2Se,

3、 MnS,正常價化合物：指嚴格服從原子價規(guī)律的化合物,金屬化合物,金屬化合物,電子化合物：不遵守化合價規(guī)律,但符合于一定電子 濃度的比值形成的化合物,電子濃度為 3/2（21/14）時，具有體心立方晶格， 簡稱為 相,電子濃度為 21/13 時，為復(fù)雜立方晶格 稱為 相,性能： 具有明顯的金屬特性，可以導(dǎo)電； 熔點和硬度很高，但韌性較差，可作強化相,電子濃度 c 電子 合金中的價電子數(shù)與其原子數(shù)之比,VA 、VB 分別是溶劑和溶質(zhì)的原子價 r 為溶質(zhì) B 的物質(zhì)的量比,電子濃度越 形成固溶體的傾向越大； 電子濃度越 固溶體變得不穩(wěn)定，形成金屬化合物 的傾向增大,金屬化合物,由過渡金屬元素與C,

4、 N, H, B等原子半徑較小的非金屬元素形成的化合物，尺寸較大的過渡金屬元素原子占據(jù)晶格的結(jié)點位置, 尺寸較小的非金屬原子則有規(guī)律地嵌入晶格的間隙之中,根據(jù)非金屬元素(以 X 表示）與金屬元素（以 M 表示）原子半徑的比值分為,間隙相 和 間隙化合物,間隙相: rX / rM 0.59時，形成的簡單結(jié)構(gòu)的化合物,間隙化合物:rX / rM 0.59 時，形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物,a) H, N 原子半徑較小 過渡族金屬的氫化物和氮化 物都是間隙相，如：Ti2H, Fe2N,一部分碳化物是間隙相，例如 VC , TiC , WC等,b) 間隙相具有極高的熔點和硬度，具有明顯的金屬特 性 金屬光澤和

5、良好的導(dǎo)電性,金屬化合物,c)間隙相與間隙固溶體的本質(zhì)區(qū)別,間隙相 是一種化合物，它具有與其組元完全不同 的晶體結(jié)構(gòu),間隙固溶體 仍保持著溶劑組元的晶格類型,間隙相VC的結(jié)構(gòu),b) 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物的熔點和硬度很高,但比間 隙相稍低些,a) B 的原子半徑最大 過渡族金屬的硼化物都是間隙化合物； 一部分碳化物，F(xiàn)e3C（ 滲碳體）、 Mn3C、Cr7C,實際上工業(yè)用合金是固溶體作基體和少量的金屬化合物所構(gòu)成,Fe3C的晶體結(jié)構(gòu),滲碳體晶胞中的三角棱柱,滲碳體具有很高的硬度，塑性很差，延伸率接近于零，熔點為1227,相圖 表示合金系中合金的狀態(tài)與溫度、成分間的 關(guān)系的圖解，是表示合金系在平衡

6、條件下， 在不同溫度、成分下的各相關(guān)系的圖解,研制新材料，制定合金的熔煉、鑄造、壓力加工和熱處理工藝以及進行金相分析的重要依據(jù),合金結(jié)晶后,一)各類二元相圖轉(zhuǎn)變類型,共晶轉(zhuǎn)變,在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出成分一定的兩個固相的轉(zhuǎn)變過程,共析轉(zhuǎn)變,一定成分的固相，在一定溫度下分解為另外一定成分的兩個固相轉(zhuǎn)變過程,兩個一定成分的固相在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€新的一定成分固相的轉(zhuǎn)變過程,包析轉(zhuǎn)變,包晶轉(zhuǎn)變,一定溫度，由一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成一定成分的固相轉(zhuǎn)變過程,二)勻晶相圖 兩組元在液態(tài)和固態(tài)時均能無限互溶 構(gòu)成的二元合金相圖,勻晶轉(zhuǎn)變:結(jié)晶時都是從液相結(jié)晶出單相的固溶體結(jié)晶過

7、程,晶內(nèi)偏析（枝晶偏析,冷卻速度較快(鑄造時), 原子擴散不充分造成的，使結(jié)晶出來的固相成分含量不同。 例如：Cu-Ni 合金 先結(jié)晶的含 Ni 量高，后結(jié)晶的含 Ni 量低。 樹枝晶樹干富Ni , 不易浸濕，呈亮白色 先析出 枝葉富Cu ，易浸濕， 呈暗黑色 后析出,晶內(nèi)偏析的存在會使塑性、韌性,采用低于固相線100200溫 度均勻化退火 使偏析原子充分擴散，達到成分均勻化目的,改善措施,三) 共晶相圖,以Pb-Sn 相圖為例說明,例：Pb-Sn, Pb-Sb, Ag-Cu, Al-Si 等合金,共晶相圖 兩組元在液態(tài)時無限互溶，在固態(tài)時有限 互溶，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的二 元相圖,共

8、晶轉(zhuǎn)變,1 合金（wSn = 61.9%，共晶合金,01 ：液相 L 降溫，至 1 點開始結(jié)晶,1點 ：183發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，完成結(jié)晶,12 ： 和 相發(fā)生溶解度的變化，分別析出次生 相 和 得到組織（ +,2合金（ wSn = 19.2%61.9%，亞共晶合金,01 : 液相 L 降溫，至 1 點開始結(jié)晶,12 : 液相 L 經(jīng)勻晶轉(zhuǎn)變 結(jié)晶出固相,2: 相和剩余液相的成 分分別達到M 點和E 點, E點液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,二次結(jié)晶（脫溶過程）：由固溶體中析出另一個固 相的過程,從固溶體中析出的固相 ：從液相中直接結(jié)晶出的固相,第四節(jié) 鑄造組織與冶金缺陷,生產(chǎn)中，常將液體金屬注入鑄錠?；蜩T型型腔

9、并在其中凝固 分別獲得鑄錠和鑄件,金屬鑄錠或鑄件凝固時，由于表面和中心的結(jié)晶條件不同，鑄件的組織結(jié)構(gòu)是不均勻的,一）典型三晶區(qū)組織,純金屬鑄錠的宏觀組織,一般幾個毫米厚無實際意義,1、表層細晶區(qū),鑄型溫度較，鋼水冷卻速度，過冷度, 成核率，晶粒尺寸，組織致密，機械性能好,如果已結(jié)晶的固相的導(dǎo)熱性好，散熱速度很快，始終能保持定向散熱，并且柱狀晶前沿的液體中沒有新形成的晶粒阻擋，柱狀晶可一直長大到鑄錠中心，直到與其他的柱狀晶相遇而止 穿晶組織,2、柱狀晶區(qū),細晶區(qū)形成后，模壁溫度，冷卻速度變，過冷度，成核率大大，晶核數(shù)不多，垂直于型壁方向散熱比較容易，相鄰晶粒之間的長大余地很小，互相抵觸長成柱狀晶

10、粒,柱狀晶粒之間組織很緊密，空隙、氣孔較少，但存在有高熔點雜質(zhì)，在進行壓力加工時，易產(chǎn)生開裂。另外晶粒平行排列，呈現(xiàn)出各向異性。但對于低熔點、塑性好的有色金屬（鋁、銅），希望獲得柱狀晶粒。鋼鐵、鎳基合金等則應(yīng)避免形成發(fā)達的柱狀晶區(qū) 從而避免在熱軋時開裂而產(chǎn)生廢品,說明,3、中心等軸區(qū),中心區(qū)液體金屬的溫度逐漸趨于均勻，散熱無方向性，晶核向各方向等速長大； 又由于中心部位的過冷度較小，晶核少，形成較粗大的等軸晶粒,說明,等軸細晶粒取向各不相同，性能無方向性； 晶粒長大時彼此交叉，搭接牢靠，裂紋不 易擴展； 心部粗大的等軸晶粒區(qū)內(nèi)，顯微縮孔多， 組織疏松 通過熱加工可改善性能,中心等軸區(qū),二、冶金缺陷,大多數(shù)金屬的液態(tài)密度 固態(tài)密度，凝固 時體積要收縮。其結(jié)果：原來添滿鑄型的液 態(tài)金屬，凝固后就不再能添滿。此時如果無 液體金屬繼續(xù)補充 就會出現(xiàn)收縮孔洞 縮孔。容易集中在鑄件的頂部,縮孔,集中縮孔,集中縮孔破壞了鑄錠