导图社区 第三章 合金的结构与铁碳相图
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合金的结构与铁碳相图
合金的相结构
合金的基本概念
合金
由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特征的物质
组元
组成合金最基本的独立物质
相
指金属或合金中具有相同化学成分、相同结构并与其他部分由界面分开的均匀组成部分
组织
指用肉眼或显微镜所观察不到相或相的形状、分布及各相之间的组合状态，它是决定合金性能的基本因素
固溶体
溶质原子溶于溶剂晶格中儿仍然保持溶剂晶格类型的合金
间隙固溶体
溶质原子位于溶剂晶格的间隙处
置换固溶体
溶质原子取代部分溶剂原子而占据溶剂晶格中的一些节点位置
金属化合物
正常价化合物
由元素周期表中相距较远而电化学性质相差较大的两类元素形成，一般具有较高的硬度和较大的脆性
电子化合物
间隙化合物
由过渡金属和原子直径很小的非金属元素形成
合金的组织
既可以是固溶体，也可以是金属化合物，但绝大多数合金的组织是由固溶体与金属化合物组成的符合组织
二元合金相图
二元合金相图的建立
二元相图可以通过实验进行测定。其方法是，根据实验数据，在以温度为纵坐标，以组成材料的成分为横坐标的坐标系中，绘制出曲线图。
1）配制一系列成分不同的合金
2）用热分析法测定出所配制合金的冷却曲线
3）找出各成成分合金的冷却曲线上的临界点
4）将各个合金冷却曲线上的临界点分别标注在温度——成分坐标系相应的合金成分垂线上
5）连接相同意义的临界点，所得的线称为相界线
二元匀晶相图
两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解，即在固态下形成无限固溶体的合金相图称为匀晶相图
相图分析
1）特征点
2）特征线
液相线：向上凸的曲线是不同成分液相开始转变为固溶体的温度连线
固相线：向下凹的曲线是不同成分液相转变为固溶体终了温度连线
3）特征区
液相单相区
固溶体单相区
液固平衡共存两相区
固溶体合金的平衡结晶过程
杠杆定律及其应用
在合金相图中的两相区内，若给定某一温度，就能准确定在该温度下两相的成分，以及在该温度下两平衡相的相对质量
不平衡结晶—枝晶偏析
由于冷却过程中，原子无法充分进行扩散，先结晶出的固相含高熔点组元较多，后结晶的固相含低组元较多，快速冷却使得这种成分不均匀现象保留了下来，形成了在同一晶粒中的成分偏析，因结晶一般是以树枝状方式进行，先结晶的主干和后结晶的分支成分不一样，故这种偏析称为枝晶偏析
二元共晶相图
通常把在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个不同固相的过程称为共晶转变
典型成分合金的平衡结晶过程及室温组织
相组成物和组织组成物
组织组成物是指结晶过程中形成的、具有清洗轮廓、在显微镜下能清楚区别开的组成部分
相组成物指显微组织的基本相，其具有确切的成分和结构，但没有形成态的概念
二元包晶相图
通常把在一定温度下，已结晶的一定成分的固相与剩余的一定成分的液相发生转变生成另一固相的过程称为包晶转变
二元共析相图
在恒定的温度下，一个特定成分的固相分解成另外两个与母相不同的固相的转变沉稳给共析转变
合金性能与相图的关系
使用性能
工艺性能
铁碳合金相图
铁碳合金的基本相及基本组织
铁素体
碳溶解在体心立方α-Fe中形成的间隙固溶体
奥氏体
碳在面心立方γ-Fe中形成的间隙固溶体
渗碳体
铁和碳所形成的金属化合物
珠光体
铁素体和渗碳体的机械化合物
莱氏体
碳质量为4.3%的液态铁碳合金
铁碳合金相图分析
典型铁碳合金结晶过程及其组织
工业纯铁
钢
白口铁
铁碳合金相图的应用
碳质量分数对铁碳合金平衡组织的影响
碳质量分数对力学性能的影响
铁素体强度硬度低，塑性好
渗碳体硬而脆
珠光体具有较高的强度和硬度，但塑性较差
选材方面应用
碳质量分数对工艺性能的影响
切削加工性能
中碳钢的切削加工性能较好
锻造性能
低碳钢的锻造性良好，随碳质量分数增加，锻造性逐渐变差
铸造性能
共晶成分附近的合金结晶温度低，流动性好，铸造性能最好
焊接性能
钢的塑性越好，焊接性能越好，低碳钢比高碳钢更易于焊接
热处理性能
如果金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基体上，则将使合金的强度、硬度、耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化
