二元合金的相结构与结晶

第三章二元合金的相结构与结晶第一节合金中的相1、组成合金最基本、独立的物质叫组元。一般来说组元是组成合金的元素，也可以是稳定的化合物。2、组元间物理和化学的相互作用形成相。3、相是合金中晶体结构相同、成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。4、相可以分为固溶体和金属化合物。5、相不同、相的数量、大小及分布状态不同即成为不同的组织。所以相是组织的基本组成物。6、形成不同组织的原因是形成的条件不同。7、组织是决定材料性能的一个极为重要的因素。第二节合金的相结构1、相的具体分类和影响形成相种类的因素见课本。2、固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。（还有其他分类方法）形成间隙固溶体的溶质元素都是原子半径小于0.1nm的非金属元素。3、溶质原子在溶剂原子间的分布没什么规律的固溶体称为无序固溶体。溶质原子按一定的顺序和方向分布的固容体称为有序固溶体。无序固溶体和有序固溶体都可以是置换固溶体也可以是间隙固溶体。4、有序固溶体是介于固溶体和金属化合物之间的相，更接近与金属化合物。5、当有序固溶体加热到一定温度时，将转变为无序固溶体。缓慢冷却至这一温度时，又将转变为有序古溶体。发生转变时性能也将突变，有序固溶体硬度及脆性显著提高，而塑形明显下降。有序转变——无序转变是一种相变。6、固溶体具有优越的综合力学性能。大部分金属合金都是以固溶体为基体的。7、金属化合物一般具有较高的熔点、硬度和脆性。8、当合金中出现金属化合物时，将使合金的强度、硬度、耐磨性及耐热性提高，但塑性、韧性降低。第三节二元合金相图的建立1、二元合金相图的建立方法和相律了解即可。2、杠杆定律的使用3、杠杆定律适用于两相区。无法确定三相区的成分。不管怎么样的系统，当系统处于平衡状态时，都可以使用杠杆定律确定两相的含量。4、无论是组织组成物还是相组成物，它们的相对含量都可以用杠杆定律计算。只是杠杆的两个端点位置不同。相组成物的端点在相图中平衡线与单相区的交点处。（详见下图）第四节匀晶相图及固溶体结晶1、匀晶相图过程见图。液相成分沿液相线变化，固相成分沿赋相线变化。2、固溶体结晶和纯金属结晶的差异：异分结晶和结晶在一定温度范围内进行3、固溶体结晶的不平衡结晶4、枝晶偏析又称晶内偏析。枝晶偏析对合金性能有较大影响。严重的枝晶偏析使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著下降。5、使用扩散退火或均匀化退火（即将铸件加热到低于固相线100℃～200℃的温度，进行较长时间的保温，使偏析元素充分扩散，以达到均匀化的目的）可以消除枝晶偏析。第五节共晶相图及其合金结晶1、共晶结晶过程如图2、从固溶体中析出另一种相的过程叫二次结晶。析出的相叫次生相。由于在固态下原子扩散能力差，一般次生相不易长大，比较细小。共晶组织的次生相一般难以区分。次生相在原有相的相界或原子内部的缺陷处出现。3、共晶组织的形成是形核和长大的过程。两相交替的形核与长大。4、共晶组织的形态很多，按两相的分布有层片状、棒状、球状（短棒状）、针状、螺旋状、蛛网状、放射状。金属——金属型合金一般为层片状或片状，金属——非金属型的合金一般具有比较复杂的形态。第六节包晶相图及其合金的结晶1、包晶转变的过程。D点是包晶点，成分为P点的α相和成分为C点的液相反应生成β相。2、3、包晶转变的不平衡结晶：包晶偏析4、包晶偏析可以使用扩散退火消除。5、包晶转变的实际应用：应用在轴承合金中，细化晶粒。第七节其他类型的二元合金相图1、具有固态转变的二元合金相图a)共析转变由于是固相分解原子扩散困难，容易产生较大的过冷，所以过析组织远比共晶组织细密。b)包析转变类似于包晶转变只是两个反应相都是固相c)异晶转变即重结晶d)有序——无序转变e)磁性转变磁性转变时没有晶体结构转变所以不是相变2、还有其他类型的转变，详见课本。第八节二元合金相图的分析与使用1、热裂：当结晶温度间隔很大时，将使合金长时间处于半固体、半液体状态，这时的合金强度很低，在已结晶的固相不均匀应力的作用下，有可能引起铸件内部裂纹，即热裂。2、成分间隔和温度间隔越大，容易出现“糊状结晶”形式，流动性差，容易出现缩松，而且致密性差，热裂倾向大。3、成分间隔和温度间隔越小，容易出现“壳状结晶”形式，流动性好，液体易于补缩，形成集中缩孔，而且致密性好，热裂倾向小。4、因此铸造合金宜选择接近共晶成分的合金。