第四章二元合金第一節合金的相結構合金(alloy):一種金屬元素與另外的元素組成的具有金屬性質的物質本章主要內容合金的相結構二元合金相圖：重要的分析方法什么叫相(phase)？成分相同或連續變化、結構相同、與其它部分以界面分開的均勻組成部分合金的相包括固溶體和化合物一、固溶體(solidsolution)1.固溶體的基本概念形成合金的元素在固態下相互溶解，形成在某一組元晶格中包含其它組元的新相——固溶體

固溶體=溶質+溶劑；固溶體晶格與溶劑相同問：（鐵素體）體心六方體心例如固溶體的濃度（質量分數）=溶質質量/總質量固溶度：溶質在固溶體中的溶解度；極限濃度2.固溶體的分類無限固溶體有限固溶體（端際固溶體）按固溶度分按照溶質在溶劑晶格中的位置分置換固溶體間隙固溶體置換固溶體溶質原子位于溶劑晶格某些節點位置而形成的固溶體無序固溶體Cu3AuCuAu有序固溶體間隙固溶體interstitialsolidsolution溶質原子分布于溶劑晶格的間隙位置而形成的固溶體置換固溶體可能是無限固溶體也可能是有限固溶體間隙固溶體只能是有限固溶體鐵素體的晶體結構H、N、O、C、B溶于過渡族金屬R溶質/R溶劑<0.593.固溶體的性能強度高，一定塑韌性：合金基本相電阻提高，與溫度關系不大：電熱絲固溶強化solutionstrength隨著溶質原子的溶入，塑性變形抗力提高，表現為強度、硬度提高，塑性、韌性下降原因：溶質原子溶入，造成了晶格畸變，其應力場將與位錯應力場發生彈性交互作用，阻礙位錯運動晶格畸變(distortionoflattice)二、金屬化合物inter-metalliccompound金屬化合物組元間發生相互作用而形成的晶格和性能不同于任一組元的新相，一般稱為中間相，例如：Fe3C，CuAl2等除離子鍵、共價鍵外，金屬鍵也參與作用金屬化合物的主要類型正常價化合物normalcompounds

電子化合物electroncompounds

間隙化合物interstitialcompounds

金屬化合物性能金屬化合物一般具有復雜晶格，熔點高，硬而脆金屬化合物一般不作為材料基體，作為材料的強化相第二節二元合金相圖1.基本概念合金的組元(元)

組成合金的最簡單、最基本、且能獨立存在的物質組元可以是元素，可以是穩定的化合物二元合金、三元合金；多元和金合金系(alloyseries)由給定組元配制的不同成分合金所組成的合金系統例如Fe-C、Al-Cu合金相的形式：固溶體、化合物、液相一、相圖的基本知識相變：合金加熱冷卻過程中，相與相發生轉變相平衡：某狀態下，系統各相數量維持不變(動態平衡)

平衡相圖

(phasediagram)平衡相圖簡稱相圖，也稱為平衡圖、狀態圖表達合金系中不同成分合金相平衡關系的圖形相圖是表示合金系中，合金狀態、溫度及成分關系的圖解，是金屬學重要工具之一2.二元合金相圖的建立配制不同成分合金測定相轉變溫度繪制相圖建立方法Cu-Ni合金相圖的建立過程舉例時間溫度溫度CuNiNi%60402080100%Ni40%Ni60%Ni80%Ni100%Cu20%Ni二、勻晶相圖Isomorphous勻晶轉變：由液相形成單一固溶體過程L→α勻晶相圖：完全具有勻晶轉變的相圖具有勻晶相圖的二元合金系統有Cu-Ni,Fe-Cr,Ag-Au,Nb-Ti,Cr-Mo,W-Mo等相圖分析坐標點線區CuNiNi%溫度b21時間b合金的成分垂線垂線與相線的交點做出冷卻速度曲線1.固溶體的平衡結晶形核和長大的過程TnbaK杠桿定理求K合金在Tn溫度下兩個相的相對重量K溫度AB杠桿定律固相成分按固相線變化，液相成分按液相線變化固溶體與液相的相對量，符合杠桿定律2.固溶體的非平衡結晶固相擴散不充分，先結晶部分的溶質濃度較低偏析：成分不均勻的現象影響材料力學性能和耐蝕性能宏觀（區域）偏析，枝晶（晶內）偏析枝晶（晶內）偏析可以進行擴散退火消除(白亮區域含Ni量高、含Cu低，深色區域則相反)共晶相圖的建立三、共晶相圖Eutecticphasediagrams具有共晶相圖的合金系有Pb-Sn,Cu-Ag,Al-Si,Al-Sn,Pb-Bi,Fe-C等共晶反應Eutecticreaction固態完全不溶解的二元共晶相圖固態有限溶解的二元共晶相圖共晶轉變(共晶反應Eutecticreaction)：一定成分(共晶成分，共晶點)的液相，在一定溫度(共晶溫度)下，形成成分固定的兩個固相LE→αC+βD1.共晶相圖分析共晶反應L61.9→α19.2+β97.5共晶成分Pb-61.9%Sn，共晶溫度183℃Pb-Sn共晶相圖1L+αβL+βα+β300200600500400300200PbSbCEBDFGASb%αL100溫度（1）共晶合金Ⅰ11’室溫平衡組織Ⅰ時間（α+β）2.共晶成分合金的結晶過程幾種典型的共晶組織Pb-Sn共晶組織共晶組織中α、β兩相的相對量:杠桿定律L+αβL+βα+β300200600500400300200PbSbCEBDFGASb%αL100溫度Ⅱ12α+（α+β）+βⅡ時間122’α+（α+β）+βⅡ（α+β）β+（α+β）+αⅡα+βⅡβ+αⅡ3.亞共晶成分合金的結晶過程亞共晶成分合金的顯微組織microscopicstructure亞共晶合金組織金相照片過共晶合金的金相組織照片離異共晶Al-50%Sn偽共晶的概念：成分在共晶點附近的合金也可能得到100%的共晶組織離異共晶：兩相分離的共晶組織顯微組織microscopicstructure顯微組織概念

在顯微鏡下可以清楚區別開，并具有一定形態特征的組成部分，稱為組織組成物合金組織包括：合金的相組成、分布形態、相對數量，以及晶粒的大小、形狀等常見的組織形態出生相固溶體：等軸晶或樹枝晶化合物：片狀或棒狀共晶組織：兩相機械混合物分布于樹枝晶間，或粒狀共晶相圖組織分區SA+(SA+SB)SB+(SA+SB)SA+SBX%Y℃溫度成分100%A100%BSS+SAS+SB四、其它相圖SXSA+SB

Y℃1.共析相圖共析轉變：一定成分(共析成分，共析點)的固相，在一定溫度(共析溫度)下，形成成分固定的兩個固相共析相圖2.包晶相圖包晶轉變成分一定的固相與成分一定的液相，在一定溫度(包晶溫度)下，形成另一個成分（包晶點）固定的固相αC+LE→βD求Pb-5%Sb的合金的組織組成物的相對量？300200100PbSbCEFASb%3.511.1杠