【正文】 Ni合金相圖 勻晶相圖 二元相圖分析 ? 相圖由兩條線構成，上面是 液相線 ，下面是 固相線 。 二元相圖的建立 二元相圖的基本類型與分析 l 兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無限互溶時所構成的相圖稱 二元勻晶相圖。 ? 相圖中，結晶開始點的連線叫 液相線 。 ? 2. 將臨界點標在溫度 成分坐標中的成分垂線上。 FeC二元相圖 三元相圖 二元合金狀態(tài)圖的建立 ? 幾乎所有的相圖都是通過實驗得到的，最常用的是熱分析法。 CuNi合金相圖 L ? 成分（ wt %Ni） 溫度（℃） Cu Ni 二元合金狀態(tài)圖的建立 ? 相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的 組織隨溫度變化的規(guī)律 ，是 制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據 。 l 多數情況下 組元 是指 組成合金的元素 。 二元合金狀態(tài)圖的建立 ? 合金系 是指由兩個或兩個以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。 ? 合金相圖 是表示在平衡條件下合金系中的 合金狀態(tài) 與溫度 、 成分 之間關系圖解。 ? 化合物也可溶入其它元素原子，形成以 化合物為基的固溶體 。 ? 如 FeB、 Fe3C、 Cr23C6等。 ? 部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。 如 ? M4X (Fe4N)、 ? M2X (Fe2N、 W2C)、 ? MX (TiC、 VC、 TiN)等。 ③ 間隙化合物 — 由 過渡族元素 與 C、 N、 B、 H等小原子半徑的非金屬元素組成。如 Cu3Sn。 合金的相結構 ① 正常價化合物 — 符合 正常原子價規(guī)律 。 鐵碳合金中的 Fe3C l 當合金中出現(xiàn)金屬化合物時，可 提高其強度、硬度和耐磨性 ，但 降低塑性 。 固溶體 ? ⑵ 金屬化合物 ? 合金中其 晶體結構與組成元素的晶體結構均不相同的固相 稱 金屬化合物 。 l 與 純金屬相比 ，固溶體的強度、硬度高，塑性、韌性低。 CuNi無限固溶體 CuZn有限固溶體 固溶體 化合物 固溶體 ? ④ 固溶體的性能 ? 隨溶質含量增加 , 固溶體的強度 、 硬度增加 , 塑性、韌性下降 — 固溶強化 。 ? 組成元素 原子半徑 、 電化學特性 相近， 晶格類型 相同的置換固溶體，才有可能形成無限固溶體。 ? 溶解度有一定限度的固溶體稱 有限固溶體 。 l 間隙固溶體都是 無序固溶體 。 ? 形成間隙固溶體的 溶質元素 是 原子半徑較小的非金 屬 元素，如 C、 N、 B等，而 溶劑元素 一般是 過渡族元素 。 ? 溶質原子呈無序分布的稱 無序固溶體 ，呈有序分布的稱有序固溶體 。 l 按溶質原子所處位置分為 置換固溶體 和 間隙固溶體 。其它元素稱 溶質 。習慣以 ?、 ?、 ?表示。 ? 固態(tài)合金中的相分為 固溶體 和 金屬化合物 兩類。 ? 組織 一種或多種 相按一定方式相互結合 所構成的整體。 ? 組成合金的元素相互作用可形成不同的 相 。工程材料與機械制造基礎 海洋科學與技術學院 賈 非 Dalian University of Technology 第四章 鐵碳合金 * 主 要 內 容 l 合金的相結構 固溶體 金屬化合物 l 二元合金狀態(tài)圖的建立 二元相圖的建立 杠桿定律 共晶相圖 共析相圖 l 鐵碳合金的結構和相圖 鐵碳合金的基本組織 鐵碳合金相圖 典型成分合金平衡結晶過程分析 鐵碳合金的應用 * 合金的相結構 ? 合金 是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質。 ? 組成合金的元素可以是全部是金屬 ，也可是 金屬與非金屬 。 AlCu兩相合金 黃銅 鐵碳合金 ? 相 是指金屬或合金中凡 成分相同、結構相同 ，并與其它部分 有界面分開 的 均勻 組成部分。 ? 顯微組織 是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各 相 或各 晶粒 的 形態(tài)、數量、大小和分布 的組合。 單相合金 兩相合金 合金的相結構 ? 固溶體 合金中其 結構與組成元素之一 的 晶體結構相同 的固 相。 l 與合金晶體結構相同的元素稱 溶劑 。 l 固溶體是 合金的重要組成相 ，實際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。 CuNi置換固溶體 FeC間隙固溶體 合金的相結構 ? ① 置換固溶體 ? 溶質原子占據溶劑晶格某些結點 位置所形成的固溶體。 黃銅置換固溶體組織 固溶體 ? ② 間隙固溶體 ? 溶質原子 嵌入溶劑晶格間隙 所形成的固溶體。 l 形成間隙固溶體的一般規(guī)律為 r質 /r劑 。 固溶體 ? ③ 固溶體的溶解度 ? 溶質原子在固溶體中的 極限濃度 。 ? 組成元素無限互溶的固溶體稱 無限固溶體 。 ? 間隙固溶體 都是有限固溶體。 ? 產生 固溶強化的原因 是溶質原子使 晶格發(fā)生畸變 及對 位錯的釘扎作用 。但 與化合物相比 ，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。 金屬化合物 具有 較高的熔點、 硬度和脆性 ，并可用分子式表示其組成。 l 金屬化合物也是合金的重要組成 相 。如 Mg2Si ② 電子化合物 — 符合 電子濃度規(guī)律 。 電子濃度 為 價電子數與原子數 的比值。 AlMgSi合金中的 Mg2Si Pb基軸承合金中的電子化合物 金屬化合物 ? a. 間隙相： r非 /r金 ? 成的具有簡單晶格結構的間隙化合物。 ? 間隙相具有金屬特征和極高的硬度及熔點，非常穩(wěn)定。 VC的結構 金屬化合物 ? b. 具有復雜結構的間隙化合物 ? 當 r非 /r金 隙化合物。Fe3C稱 滲碳體 ，是鋼中重要組成 相 ，具有 復雜斜方晶格 。 Fe3C的晶格 高溫合金中的 Cr23C6 金屬化合物 ? 合金的結晶過程比純金屬復雜，常用 相圖 進行分析 . ? 常壓下，合金存在的 狀態(tài) 由 成分 和 溫度 確定。又稱 狀態(tài)圖 或 平衡圖 。 l 組元 是指組成合金的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物質。但對于 既不發(fā)生分解 、 又不發(fā)生任何反應的化合物 也可看作組元 , 如 FeC合金中的 Fe3C。 ? 根據組元數 , 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。 ? 二元相圖的建立步驟為： [以 CuNi合金 (白銅 )為例 ] ? 1. 配制不同成分的合金，測出各合金的冷卻曲線，找出曲線上的 臨界點 （停歇點或轉折點）。 ? 3. 將垂線上相同意義的點連接起來，并標上相應的數字和字母。結晶終了點的連線叫 固相線 。 l 以 CuNi合金為例進行分析。 ? 相圖被兩條線分為三個相區(qū)，液相線以上為 液相區(qū) L ，固相線以下為 ? 固溶體區(qū) ，兩條線之間為兩相共存的 兩相區(qū) （ L+ ? ）。 l 當液態(tài)金屬自高溫冷卻到 t1溫度時，開始結晶出成分為 ?1的固溶體，其 Ni含量高于合金平均成分 L ? 勻晶相圖 ? 隨溫度下降，固溶體重量增加，液相重量減少。 l 從液相中結晶出單一固相的轉變稱為 勻晶轉變 或 勻晶反應 。當合金冷卻到 t3時，最后一滴 L3成分的液體也轉變?yōu)楣倘荏w，此時 固溶體的成分又 變回到合金成分 ?3上來 。 勻晶相圖 ? 杠桿定律 ? 處于兩相區(qū)的合金，不僅由相圖可知道兩平衡相的成分，還可用 杠桿定律 求出