第三章二元合金與相圖

第三章二元合金與相圖純金屬的應(yīng)用

導(dǎo)電體、導(dǎo)熱體(散熱器)、裝飾品、工藝美術(shù)品(化學(xué)穩(wěn)定性、美麗的光澤)等

但其力學(xué)性能差（σb↓）、品種有限約80種、提純成本高

合金材料的應(yīng)用

HB↑

、σb↑，數(shù)量上萬(wàn)種，生產(chǎn)成本低，廣為開發(fā)利用

第三章二元合金與相圖強(qiáng)度高純金屬?gòu)?qiáng)度低合金化純鐵:σb

=200MPa45鋼:σb

=610MPa（45鋼=純鐵+0.45%碳）純鐵金相組織45鋼金相組織第三章二元合金與相圖關(guān)于合金的相關(guān)概念合金

通過熔煉、燒結(jié)或其他方法，將一種金屬元素同一種或幾種其他元素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)

三層含義：合金組成、制備方法、金屬特性例如：黃銅是銅和鋅組成的合金硬鋁是鋁、銅、鎂組成的合金碳鋼就是鐵和碳組成的合金第三章二元合金與相圖關(guān)于合金的相關(guān)概念組元

組成合金獨(dú)立的、最基本的單元

組元可以是：金屬、非金屬、穩(wěn)定化合物例如：黃銅中Cu和Zn都是組元硬鋁合金中Al、Cu、Mg都是組元亞共析鋼中Fe和Fe3C都是組元鋁硅合金中Al和Si都是組元

第三章二元合金與相圖關(guān)于合金的相關(guān)概念合金系相同組元按不同比例配制一系列不同成分的合金，構(gòu)成一個(gè)合金系

合金系中：組元固定、含量（成分)不同例如：金色黃銅和彈殼黃銅都是黃銅，但金色黃銅含Cu

≈90%，含Zn≈10%，而彈殼黃銅含Cu≈70%，含Zn≈30%

CuZn0255075100wZn（%）→黃銅合金系線合金的成分A組元B組元第三章二元合金與相圖關(guān)于合金的相關(guān)概念二元合金由兩個(gè)組元構(gòu)成的合金

例如：黃銅有Cu和Zn兩個(gè)組元，屬于二元合金亞共析鋼有Fe和Fe3C兩個(gè)組元，也屬于二元合金

三元合金由三個(gè)組元構(gòu)成的合金

例如：硬鋁有Al、Cu和Mg三個(gè)組元，屬于三元合金

第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)關(guān)于相的相關(guān)概念相

在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分有界面分開的均勻部分

單相

若合金是由成分和結(jié)構(gòu)都相同的同一種晶粒構(gòu)成，稱合金含有一種相，為單相

第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)關(guān)于相的相關(guān)概念多相若合金是由成分和結(jié)構(gòu)不相同的多種晶粒構(gòu)成，稱合金含有多種相，為多相

顯微組織與相之間的關(guān)系

顯微組織是由相組成，是由于組成相的種類、相對(duì)數(shù)量、晶粒形狀、大小及分布形態(tài)等的不同，而分別具有不同形貌特征的相的組合物第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)合金相種類固溶體金屬化合物

相第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)固溶體合金在固態(tài)下，組元間能夠互相溶解而形成的均勻相稱為固溶體置換原子第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)固溶體晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)固溶體的晶格結(jié)構(gòu)類型與溶劑金屬組元的晶格相同舉例：鐵素體（一種固溶體）其溶劑是Fe，溶質(zhì)是C，溶劑常溫晶格為體心立方結(jié)構(gòu)，溶質(zhì)為層狀立邊形結(jié)構(gòu)，鐵素體為體心立方晶格結(jié)構(gòu)奧氏體（一種高溫固溶體）其溶劑是Fe，溶質(zhì)是C，溶劑高溫晶格為面心立方結(jié)構(gòu)，溶質(zhì)為層狀六邊形結(jié)構(gòu)，奧氏體為面心立方晶格結(jié)構(gòu)第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)固溶體固溶體分類根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中占據(jù)位置的不同，固溶體可分為兩類

置換固溶體

間隙固溶體固溶體有序固溶體無序固溶體第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)固溶體固溶體分類置換固溶體指溶質(zhì)原子置換溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上的溶劑原子而形成的固溶體無序固溶體溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的呈無規(guī)則分布。（多數(shù)）

有序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的呈規(guī)則分布。（為數(shù)不多）第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)固溶體固溶體分類間隙固溶體指溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格間隙而形成的固溶體間隙固溶體一定是無序固溶體第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)固溶體固溶體分類溶解度在一定溫度及壓力下，溶質(zhì)元素在固溶體中的極限濃度無限固溶體成分在0%～100%間可以任意改變的固溶體有限固溶體：成分有限的固溶體第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)固溶體不管溶質(zhì)原子處于溶劑原子的間隙中或者代替了溶劑原子都會(huì)使固溶體的晶格發(fā)生畸變，使塑性變形抗力增大，結(jié)果使金屬材料的強(qiáng)度、硬度增高。這種通過溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，使金屬材料的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象，稱為固溶強(qiáng)化固溶體的性能第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)固溶體固溶強(qiáng)化是提高金屬材料力學(xué)性能的重要途徑之一。實(shí)踐表明，適當(dāng)控制固溶體中的溶質(zhì)含量，可以在顯著提高金屬材料的強(qiáng)度、硬度的同時(shí)，仍能保持良好的塑性和韌性。因此，對(duì)綜合力學(xué)性能要求較高的結(jié)構(gòu)材料，都是以固溶體為基體的合金固溶體的性能第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)金屬化合物

具有相當(dāng)程度的金屬鍵并具有一定程度的金屬性質(zhì)的化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)金屬化合物的晶格結(jié)構(gòu)類型不同于任一組元（可用分子式大致表示）舉例：滲碳體是由Fe和C構(gòu)成的金屬化合物，其晶格類型與Fe和C都不形同，而是形成一種復(fù)雜晶格（如右圖）。Fe與C原子比例固定為3:1，故可以Fe3C來表示滲碳體的晶格結(jié)構(gòu)第三章二元合金與相圖

第一節(jié)固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)金屬化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。一般只用作強(qiáng)化相第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖基本知識(shí)相圖（合金平衡圖/合金狀態(tài)圖）

用圖解的方法表示不同溫度、壓力及成分下的合金系中各相的平衡關(guān)系

平衡狀態(tài)下——是個(gè)理想狀態(tài)只有在極緩慢的冷卻速度下才能趨近這個(gè)狀態(tài)第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖二元合金基本相圖勻晶相圖共晶相圖包晶相圖共析相圖穩(wěn)定化合物相圖

基本知識(shí)第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖勻晶相圖

兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，在固態(tài)時(shí)也無限互溶，且形成單相固溶體，所構(gòu)成的相圖

I：純銅；II：75%Cu+25%NiIII：50%Cu+50%NiIV：25%Cu+75%NiV：純Ni

Cu-Ni合金相圖的測(cè)畫及相圖

第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖液相區(qū)L雙相區(qū)L+α固相區(qū)α液相線aeb固相線alb液相區(qū)固相區(qū)雙相區(qū)勻晶轉(zhuǎn)變——由液相直接結(jié)晶成單相固溶體的結(jié)晶轉(zhuǎn)變

L→α勻晶相圖第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖在不同溫度下剛剛結(jié)晶出來的固相的化學(xué)成分是不相同的，其變化規(guī)律是沿著固相線變化。與此同時(shí)剩余液相的化學(xué)成分也相應(yīng)地沿著液相線變化

勻晶相圖第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖晶內(nèi)偏析:在一個(gè)晶粒內(nèi)，各處成分的不均勻現(xiàn)象因?yàn)榻饘偻ǔＲ灾Х绞浇Y(jié)晶，先形成的主干和后形成的支干就會(huì)有化學(xué)成分之差，所以也稱枝晶偏析勻晶相圖第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖枝晶偏析會(huì)降低合金的力學(xué)性能（尤其是塑性和韌性）和工藝性能均勻化退火（擴(kuò)散退火）把有枝晶偏析的合金放在低于固相線100～200℃的溫度下進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的加熱，通過原子的相互擴(kuò)散而使成分趨于均勻勻晶相圖第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖——當(dāng)兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，在固態(tài)時(shí)有限互溶，而且發(fā)生共晶反應(yīng)，所構(gòu)成的合金相圖(或者說以共晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞯南鄨D）共晶轉(zhuǎn)變——一定化學(xué)成分的合金在一定的溫度下（恒溫），同時(shí)由液相中結(jié)晶出兩種不同成分和不同晶體結(jié)構(gòu)的固相共晶相圖第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖（αF+βG

）是兩種固相機(jī)械的混合在一起，形成有固定化學(xué)成分的基本組織，稱為共晶體LEαF+βG恒溫共晶轉(zhuǎn)變第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖1）α固溶體：Pb為溶劑，Sn為溶質(zhì)2）β固溶體：Sn為溶劑，Pb為溶質(zhì)3）共晶體(α+β)4）共晶點(diǎn)——d5）鉛的溶點(diǎn)——a6）錫的溶點(diǎn)——b7）α固溶體溶解度變化曲線——cf8）β固溶體溶解度變化曲線——eg9）三個(gè)單相區(qū)：L、α、β10)液相線——adb11）固相線——acdeb12）共晶線——cde13）三個(gè)兩相區(qū)：L+α、L+β、α+β14）一個(gè)三相區(qū)：L+α+β，在共晶轉(zhuǎn)變過程中三相同時(shí)存在。第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖三種類型合金共晶合金：對(duì)應(yīng)共晶成分的合金亞共晶合金或過共晶合金：化學(xué)成分低于或高于共晶成分的合金固溶體合金：沒有共晶轉(zhuǎn)變而只有固溶體勻晶轉(zhuǎn)變的合金合金I的結(jié)晶過程：L→L+α→α→α+βII第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖固溶體合金結(jié)晶過程第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖固溶體合金結(jié)晶過程室溫下合金I的顯微組織：a）相組成：α、β；b）組織組成：α、βII合金II的結(jié)晶過程：L→L+（α+β）→（α+β）第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖共晶合金結(jié)晶過程第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖共晶合金結(jié)晶過程室溫下合金Ⅱ的顯微組織：a）相組成：α、β；b）組織組成：（α+β）合金III的結(jié)晶過程：L→L+α→α+（α+β）→α+（α+β）+βII第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖亞共晶合金結(jié)晶過程第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖亞共晶合金結(jié)晶過程室溫下合金Ⅲ的顯微組織：a）相組成：α、β；

b）組織組成：α、（α+β）、βⅡ第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖過共晶合金結(jié)晶過程室溫下合金Ⅳ的顯微組織：a）相組成：α、β；

b）組織組成：αⅡ、（α+β）、β合金的相組成物：在合金的顯微組織中的基本相，如α、β固溶體相合金的組織組成物：由基本相組成的單相組織和共晶體等基本組織，如亞共晶合金的組織組成物

α+βII+（α+β）第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖Pb—Sn合金相圖(用組織組成物標(biāo)注）g第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖共晶相圖體積質(zhì)量偏析由于體積質(zhì)量的原因而引起鑄件成分偏析偏析造成力學(xué)性能各處各異，這會(huì)降低鑄件的使用壽命在選用合金化學(xué)成分上和合金結(jié)晶時(shí)，采取各種措施來盡量減少這種偏析第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖合金性能與相圖的關(guān)系力學(xué)性能與相圖的關(guān)系合金鑄造性能與相圖的關(guān)系壓力加工性能與相圖的關(guān)系第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖合金性能與相圖的關(guān)系力學(xué)性能與相圖的關(guān)系當(dāng)合金形成單相固溶體時(shí)，由于溶質(zhì)原子使基體晶格畸變，溶質(zhì)元素濃度越高，引起晶格畸變?cè)酱?，則合金的強(qiáng)度、硬度越高當(dāng)合金形成為兩相機(jī)械混合物的組織時(shí)，合金的強(qiáng)度和硬度隨成分的變化呈直線關(guān)系，大致是兩相性能的算術(shù)平均值第三章二元合金與相圖

第二節(jié)二元合金相圖合金性能與相圖的關(guān)系鑄