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文檔簡介
第3章純金屬與合金的基本知識第一節(jié)純金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)一、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體與非晶體。晶體:指在其內(nèi)部原子按一定幾何規(guī)律作有規(guī)則的周期性排列的物質(zhì)。各向異性。非晶體:內(nèi)部的原子是無規(guī)則地堆積在一起。各向同性。(一)晶格晶格:用以描述原子在晶體中排列形式的空間格架
(二)晶胞晶胞:能夠完全反映晶格結(jié)構(gòu)特征的最小的幾何單元。(三)金屬中常見的晶格類型1.體心立方晶格a=b=c,α=β=γ=90°,體心立方晶格結(jié)構(gòu)的金屬α-Fe、Cr、W、Mo、V等。2.面心立方晶格a=b=c,α=β=γ=90°,面心立方晶格的金屬有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。3.密排六方晶格a=b≠c,α=β=90°,γ=120°,密排六方晶格的金屬有Mg、Zn、Cd、Be等。致密度:體心立方晶格的致密度為68%;面心立方晶格和密排六方晶格的致密度均為74%。二、純金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)(一)多晶體結(jié)構(gòu)晶粒、晶界、顯微組織(二)晶體缺陷分為點缺陷、線缺陷和面缺陷。1.點缺陷空位和間隙原子2.線缺陷位錯。刃型位錯金屬強度與位錯密度的關(guān)系3.面缺陷晶界和亞晶界。晶粒大小與金屬力學(xué)性能之間的關(guān)系。三、合金的晶體結(jié)構(gòu)(一)合金的基本概念合金:由兩種或兩種以上的金屬元素(或金屬與非金屬元素)組成的,具有金屬特性的物質(zhì)。組元合金系相組織(二)合金的相結(jié)構(gòu)固態(tài)下的相結(jié)構(gòu):固溶體、金屬化合物。1.固溶體合金在固態(tài)下,組元間能相互溶解而形成的均勻相。固溶體的分類:置換固溶體和間隙固溶體。(1)置換固溶體無限固溶體、有限固溶體。(2)間隙固溶體間隙固溶體都是有限固溶體。形成間隙固溶體的條件:r溶質(zhì)/r溶劑≤0.59。固溶強化。2.金屬化合物金屬化合物的晶格類型和性能完全不同于任一組元。金屬化合物的性能:高熔點、硬度和穩(wěn)定性,但脆性較大。彌散強化。第二節(jié)純金屬與合金的結(jié)晶結(jié)晶:金屬與合金由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程中。一、純金屬的結(jié)晶過程(一)冷卻曲線和過冷現(xiàn)象純金屬的冷卻曲線。過冷現(xiàn)象:金屬的實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。過冷度:理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差:△T=T0-Tn(二)純金屬的結(jié)晶過程純金屬的結(jié)晶過程:晶核的不斷形成和長大的過程。枝晶(三)金屬晶粒大小與控制金屬晶粒的大小對常溫下金屬的強度、塑性和韌性的影響。影響金屬結(jié)晶后晶粒的大小的因素:形核率N和長大速率G。在工業(yè)生產(chǎn)中,常采用以下方法:1.增大過冷度2.變質(zhì)處理3.附加振動二、合金的結(jié)晶與二元合金相圖合金相圖:表示在平衡狀態(tài)下(緩慢冷卻或緩慢加熱條件下),合金的組成相、溫度、成分三者之間關(guān)系的圖形。又稱為合金平衡圖或合金狀態(tài)圖。(一)合金的結(jié)晶合金的冷卻曲線
(二)二元合金相圖1.二元合金相圖的表示方法2.二元合金相圖的建立(三)二元合金相圖的基本類型及應(yīng)用二元勻晶相圖和二元共晶相圖。
1.二元勻晶相圖
二元合金系中,兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均可以任何比例相互溶解所構(gòu)成的合金相圖。
(1)相圖分析(2)合金冷卻過程分析(3)杠桿定律作用確定任一成分的合金在某一溫度下,兩個平衡相的化學(xué)成分和每個的相對量。①兩平衡相成分的確定②兩平衡相相對量的確定
mL+mα=mmL·x1%+mα·x2%=m·x%液、固兩相的相對量
(4)枝晶偏析2.二元共晶相圖
凡是在二元合金系中兩組元在液態(tài)能完全互溶,而固態(tài)下相互有限溶解或是不溶,并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的相圖。如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Au-Cu等。(1)相圖分析Pb-Sn二元共晶合金相圖。特性點、特性線共晶轉(zhuǎn)變:在一定溫度下,由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩種成分不同固相的轉(zhuǎn)變。(2)典型Pb-Sn合金的冷卻過程分析①合金Ⅰ(E、D點之間的合金)二次β(或次生β相),用βⅡ表示。合金冷卻到室溫時的組織為α+βⅡ。成分位于F~G點之間的合金,室溫的組織為β+αⅡ。②合金Ⅱ(C點的合金)共晶合金,室溫組織為(α+β)共晶體。③合金Ⅲ(C、E點之間的合金)亞共晶合金室溫組織為α初生+βⅡ+(α+β)。④合金Ⅳ(C、F點之間的合金)過共晶合金室溫的組織為β初生+αⅡ
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