金属的晶体结构与结晶(金属工艺)精选课件.ppt

关于金属的晶体结构与结晶(金属工艺)第一页，本课件共有62页第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构一、晶体的基本知识一、晶体的基本知识 非晶体中原子（或分子）则是无规则的堆积在一起。（如松非晶体中原子（或分子）则是无规则的堆积在一起。（如松香、玻璃、沥青）香、玻璃、沥青）晶体晶体非晶体非晶体固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为体和非晶固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为体和非晶体两大类。在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规体两大类。在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列律作周期性地排列。1 1、晶体和非晶体、晶体和非晶体第二页，本课件共有62页 原子在三维空间呈有原子在三维空间呈有规则规则的周期性重复排列；的周期性重复排列；具有具有一定的熔点一定的熔点，如铁的熔点为，如铁的熔点为1538，铜的熔点为，铜的熔点为1083 晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各各向异性；向异性；在一定条件下有在一定条件下有规则的几何外形规则的几何外形晶晶体体的的特特点点 原子在三维空间呈原子在三维空间呈不规则不规则的排列。的排列。没有固定熔点没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终，随着温度的升高将逐渐变软，最终 变变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青等。为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青等。各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性各向同性。非非晶晶体体的的特特点点晶体不同方向上性能不同的性质叫做晶体不同方向上性能不同的性质叫做晶体的各向异性晶体的各向异性。第三页，本课件共有62页为了便于表明晶体内部原子排列的规律，把每个原子看成是固定不动的为了便于表明晶体内部原子排列的规律，把每个原子看成是固定不动的刚性小球，并用一些几何线条将晶格中各原子的中心连接起来，构成一刚性小球，并用一些几何线条将晶格中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，各原子的中心就处在格架的几个结点上，个空间格架，各原子的中心就处在格架的几个结点上，这种抽象的、这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格晶格。2 2、晶体结构的基本概念、晶体结构的基本概念第四页，本课件共有62页由于晶体中原子有规则排列且有周期性的由于晶体中原子有规则排列且有周期性的特点，为了便于讨论特点，为了便于讨论 通常只从晶格中，选通常只从晶格中，选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为这个最小的几何单元称为晶胞晶胞 整个晶格就是有许多大小、形状和位向相同的整个晶格就是有许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。晶胞在空间重复堆积而成的。在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点作为原点，沿其三条棱边作三个坐标轴作为原点，沿其三条棱边作三个坐标轴X、Y、Z，并称之为，并称之为晶轴晶轴，而且规定坐标原，而且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向，反之为反方点的前、右、上方为轴的正方向，反之为反方向，并以向，并以（晶格常数）棱边长度和棱面（晶格常数）棱边长度和棱面夹角夹角来表示晶胞的形状和大小来表示晶胞的形状和大小。第五页，本课件共有62页 表表1-2 1-2 晶系晶系 2.2.晶系晶系 按原子排列形式及晶格常数不同可将晶体分为七种晶系，见表按原子排列形式及晶格常数不同可将晶体分为七种晶系，见表1-21-2。第六页，本课件共有62页表示晶面的符号称为表示晶面的符号称为晶面指数晶面指数。在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面晶面。任意两个原子之间的连线称为原子列，其所任意两个原子之间的连线称为原子列，其所指方向称为指方向称为晶向晶向。表示晶向的符号称为表示晶向的符号称为晶向指数晶向指数。3、立方晶系的晶面、晶向表示方法、立方晶系的晶面、晶向表示方法第七页，本课件共有62页晶向指数的确定方法晶向指数的确定方法1)1)以以晶晶胞胞中中的的某某原原子子为为原原点点确确定定三三维维晶晶轴轴坐坐标标系系，通通过过原原点点作作平平行行于于所所求求晶晶向向的的直线。直线。2)2)以相应的晶格常数为单位，求出直线上任意一点的三个坐标值。以相应的晶格常数为单位，求出直线上任意一点的三个坐标值。3)3)将将所所求求坐坐标标值值化化为为最最简简整整数数，并并用用方方括括号号括括起起，即即为为所所求求的的晶晶向向指指数数，例例如如101101。具体晶向指数具体晶向指数如图所示，其如图所示，其形式为形式为uvw第八页，本课件共有62页晶面指数的确定方法晶面指数的确定方法1)1)选选坐坐标标，以以晶晶格格中中某某一一原原子子为为原原点点（注注意意不不要要把把原原点点放放在在所所求求的的晶晶面面上上），以以晶晶胞的三个棱边作为三维坐标的坐标轴。胞的三个棱边作为三维坐标的坐标轴。2)2)以相应的晶格常数为单位，求出待定晶面在三个坐标轴的截距。以相应的晶格常数为单位，求出待定晶面在三个坐标轴的截距。3)3)求三个截距值的倒数。求三个截距值的倒数。4)4)将所得数值化为最简单的整数，并用圆括号括起，即为晶面指数。将所得数值化为最简单的整数，并用圆括号括起，即为晶面指数。如如 图图 所所 示示形式为（形式为（hkl）第九页，本课件共有62页注意：注意：1)1)每每一一个个晶晶面面指指数数(或或晶晶向向指指数数)泛泛指指晶晶格格中中一一系列与之相平行的一系列与之相平行的一组组晶面（或晶向）晶面（或晶向）。2)2)立立方方晶晶系系中中，凡凡是是指指数数相相同同的的晶晶面面与与晶晶向向是是相互垂直的。相互垂直的。3)3)原原子子排排列列情情况况相相同同但但空空间间位位向向不不同同的的晶晶面面（或晶向）（或晶向）统统称称为为一个晶面（或晶向）族。一个晶面（或晶向）族。第十页，本课件共有62页晶晶胞胞中中所所含含原原子子数数是是指指一一个个晶晶胞胞内内真真正正包包含含的的原原子数目。子数目。原原子子半半径径是是指指晶晶胞胞中中原原子子密密度度最最大大方方向向相相邻邻两两原原子之间距离的一半。子之间距离的一半。致密度（致密度（K）是指晶胞中原子所占体积分数，是指晶胞中原子所占体积分数，即即K=n v/V。式中，式中，n为晶胞所含原子数为晶胞所含原子数 v为单个原子体积为单个原子体积 V为晶胞体积。为晶胞体积。3 3、常见金属的晶格类型、常见金属的晶格类型 第十一页，本课件共有62页 晶格常数晶格常数 a=b=c,=90a=b=c,=90。原子半径原子半径 。晶胞所含原子数晶胞所含原子数 2 2个原子。个原子。体心立方晶格（体心立方晶格（bccbcc晶格）晶格）原子排列特征原子排列特征 体心立方晶格的晶胞如图所示。体心立方晶格的晶胞如图所示。致密度致密度 68%。具有体心立方晶格的金属：具有体心立方晶格的金属：-Fe、-Ti、Cr、W、Mo、V、Nb等等30余种金属。余种金属。第十二页，本课件共有62页晶格常数晶格常数 a=b=c,=90a=b=c,=90。原子半径原子半径 。晶胞所含原子数晶胞所含原子数 4 4个原子。个原子。(5)(5)致密度致密度 74%74%。(6)(6)具有面心立方晶格的金属：具有面心立方晶格的金属：-Fe-Fe、NiNi、AlAl、CuCu、PbPb、AuAu、AgAg等。等。面心立方晶格（面心立方晶格（fccfcc晶格）晶格）原子排列特征原子排列特征 面心立方晶格的晶胞如图所示。面心立方晶格的晶胞如图所示。第十三页，本课件共有62页 晶格常数晶格常数 原子半径原子半径 晶胞所含原子数晶胞所含原子数 6 6个原子。个原子。(5)(5)致密度致密度 74%74%。(6)(6)具有密排六方晶格的金属：具有密排六方晶格的金属：MgMg、CdCd、ZnZn、BeBe、-Ti-Ti等。等。密排六方晶格（密排六方晶格（hcphcp晶格）晶格）原子排列特征原子排列特征 密排六方晶格的晶胞如图所示。密排六方晶格的晶胞如图所示。第十四页，本课件共有62页第二节第二节 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构晶体的基本概念晶体的基本概念金属晶体的缺陷：金属晶体的缺陷：点缺陷点缺陷晶体空格、间隙原子晶体空格、间隙原子线缺陷线缺陷位错位错面缺陷面缺陷晶界、亚晶界晶界、亚晶界第十五页，本课件共有62页一、单晶体和多晶体一、单晶体和多晶体晶格位向完全一致的晶体叫做晶格位向完全一致的晶体叫做单晶体单晶体。实际使用的金属材料，由于受结晶条件和其它因素的实际使用的金属材料，由于受结晶条件和其它因素的限制，其内部结构都是由许多尺寸很小，各自结晶方限制，其内部结构都是由许多尺寸很小，各自结晶方位都不同的小单晶体组合在一起的多晶体构成。这些位都不同的小单晶体组合在一起的多晶体构成。这些小晶体就是小晶体就是晶粒晶粒，它们之间的交界即为，它们之间的交界即为晶界晶界。由多晶。由多晶粒构成的晶体称为粒构成的晶体称为多晶体多晶体。在一个晶粒内部其结晶方位。在一个晶粒内部其结晶方位基本相同，但也存在着许多尺寸更小，位向差更小的小晶基本相同，但也存在着许多尺寸更小，位向差更小的小晶粒，它们相互嵌镶成一颗晶粒，这些小晶块称为亚晶粒，粒，它们相互嵌镶成一颗晶粒，这些小晶块称为亚晶粒，亚晶粒之间的界面称为亚晶粒之间的界面称为亚晶界亚晶界。第十六页，本课件共有62页二、晶体缺陷二、晶体缺陷实际晶体中存在的晶体缺陷，按缺陷几何特征可分为实际晶体中存在的晶体缺陷，按缺陷几何特征可分为三种：三种：点缺陷、线缺陷、面缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷第十七页，本课件共有62页 1 1、点缺陷、点缺陷晶格空位和间隙原子晶格空位和间隙原子 在在实实际际晶晶体体结结构构中中，晶晶格格的的某某些些结结点点，往往往往未未被被原原子子所所占占据据，这这种种空空着着的的位位置置称称为为空空位位。同同时时又又可可能能在在个个别别空空隙隙处处出出现现多多余余的的原原子子，这这种种不不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子间隙原子。由于空位和间隙原子的存在由于空位和间隙原子的存在，使晶体发生了晶格畸变，晶体性能发生改变，如强度、硬度和电阻，使晶体发生了晶格畸变，晶体性能发生改变，如强度、硬度和电阻增加。晶体中空位和间隙原子处于不断地运动和变化之中，在一定温度下，晶体内存在一定平衡增加。晶体中空位和间隙原子处于不断地运动和变化之中，在一定温度下，晶体内存在一定平衡浓度的空位和间隙原子，空位和间隙原子的运动，是金属中原子扩散的主要方式，对金属材料的浓度的空位和间隙原子，空位和间隙原子的运动，是金属中原子扩散的主要方式，对金属材料的热处理过程极为重要。热处理过程极为重要。第十八页，本课件共有62页2、线缺陷、线缺陷位错位错 晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为位错位错。其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。晶体其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。晶体中位错的数量通常用位错密度表示，中位错的数量通常用位错密度表示，位错密度位错密度是指单位体积内，位错是指单位体积内，位错线的总长度。位错的主要类型有刃型位错和螺旋位错。线的总长度。位错的主要类型有刃型位错和螺旋位错。第十九页，本课件共有62页位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。如金属材料的塑性变形与位错的移动有关。冷变等都起着重要影响。如金属材料的塑性变形与位错的移动有关。冷变形加工后金属出现了强度提高的现象（加工硬化），就是由于位错密形加工后金属出现了强度提高的现象（加工硬化），就是由于位错密度的增加所致。度的增加所致。第二十页，本课件共有62页3、面缺陷、面缺陷面面缺缺陷陷是是指指二二维维尺尺度度很很大大而而另另一一尺尺度度很很小小的的缺缺陷陷。金金属属晶晶体中的面缺陷主要有体中的面缺陷主要有晶界晶界和和亚晶界亚晶界。晶粒与晶粒之间的接触界面称为晶界。如图（晶粒与晶粒之间的接触界面称为晶界。如图（a)所示。所示。亚亚晶粒之晶粒之间间的交界称的交界称为亚为亚晶界。如晶界。如图图(b)(b)所示。所示。晶界、晶界、亚亚晶界晶界处处具有具有许许多特殊性能。多特殊性能。第二十一页，本课件共有62页第二十二页，本课件共有62页第三节第三节 纯金属的结晶与铸锭纯金属的结晶与铸锭凝固与结晶的基本概念凝固与结晶的基本概念冷却曲线和过冷现象冷却曲线和过冷现象金属的结晶过程金属的结晶过程晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小对金属力学性能的影响金属的铸态组织金属的铸态组织第二十三页，本课件共有62页一、一、凝固与结晶的基本概念凝固与结晶的基本概念凝固凝固 物质由液态转变成固态的过程。物质由液态转变成固态的过程。结晶结晶如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。物质中的原子由物质中的原子由近程有序近程有序排列向排列向远程有序远程有序排列的排列的过程。过程。第二十四页，本课件共有62页近程有序结构结构起伏结晶远程有序结构第二十五页，本课件共有62页热热 分分 析析 法法二、冷却曲线与过冷现象二、冷却曲线与过冷现象 差热分析法原理差热分析法原理第二十六页，本课件共有62页To时间温度理论冷却曲线理论冷却曲线实际冷却曲线实际冷却曲线T1结晶平台结晶平台(是由结晶潜热导致是由结晶潜热导致)T0：平衡结晶温度（理论结晶温度）：平衡结晶温度（理论结晶温度）T1：纯金属的实际结晶温度：纯金属的实际结晶温度 纯纯金金属属结结晶晶时时的的冷冷却却曲曲线线第二十七页，本课件共有62页过冷是结晶的必要条件。过冷是结晶的必要条件。过冷度：过冷度：T=T0 T1为为什什么么？第二十八页，本课件共有62页三、金属的结晶过程三、金属的结晶过程结晶时晶体在液体中从无到有（晶核形成），由小变大结晶时晶体在液体中从无到有（晶核形成），由小变大（晶核长大）的过程，同时存在同时进行。（晶核长大）的过程，同时存在同时进行。自发形核自发形核 T=200非自发形核非自发形核 T=20金属结金属结晶过程晶过程示意图示意图第二十九页，本课件共有62页晶核的长大方式晶核的长大方式树枝状树枝状第三十页，本课件共有62页金金属属的的树树枝枝晶晶金金属属的的树树枝枝晶晶冰冰的的树树枝枝晶晶第三十一页，本课件共有62页四、晶粒大小对金属力学性能的影响四、晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒的大小对金属的力学性能、物理性能和化学性能晶粒的大小对金属的力学性能、物理性能和化学性能均有很大影响。均有很大影响。细晶粒细晶粒组织的金属强度高、塑性和韧性好、耐腐蚀性组织的金属强度高、塑性和韧性好、耐腐蚀性好。好。作为软磁材料的纯铁，作为软磁材料的纯铁，晶粒越粗大晶粒越粗大，则磁导率越大，则磁导率越大，磁滞损耗减少。磁滞损耗减少。金属结晶后晶粒大小取决于形核率金属结晶后晶粒大小取决于形核率N晶核形成数晶核形成数目目（mm3.s）和和长大率长大率G（mm/s）第三十二页，本课件共有62页过过冷冷度度的的影影响响NG晶粒越细晶粒越细第三十三页，本课件共有62页细化晶粒的途径细化晶粒的途径1）提高冷却速度，增加过冷度）提高冷却速度，增加过冷度V V冷冷T TN N晶粒细小晶粒细小2）进行变质处理）进行变质处理3）附加振动：）附加振动：机械振动机械振动 超声波振动超声波振动 电磁搅拌等。电磁搅拌等。第三十四页，本课件共有62页五、金属的五、金属的铸态组织铸态组织表面细晶层表面细晶层力学性能虽好，但由力学性能虽好，但由于该层很薄，故对整个铸锭的于该层很薄，故对整个铸锭的性能影响不大。性能影响不大。柱状晶区柱状晶区比较致密，对于塑性较比较致密，对于塑性较好的非铁金属，希望得到较大的好的非铁金属，希望得到较大的柱状晶区。另外柱状晶沿其长度柱状晶区。另外柱状晶沿其长度方向的强度较高，所以对于那些方向的强度较高，所以对于那些主要承受单向载荷的机械零件，主要承受单向载荷的机械零件，常采用定向凝固法获得柱状晶组常采用定向凝固法获得柱状晶组织。但柱状晶组织的交界面常聚织。但柱状晶组织的交界面常聚集易溶杂质集易溶杂质.中心等轴晶区中心等轴晶区的性能没有方向性，的性能没有方向性，但该晶区结晶时易形成很多微小的但该晶区结晶时易形成很多微小的缩孔（缩松），这种疏松的组织致缩孔（缩松），这种疏松的组织致使力学性能降低。使力学性能降低。第三十五页，本课件共有62页第四节第四节 合金的相结构合金的相结构 纯金属具有良好的导电导热性，但机械性能差，故工业上广纯金属具有良好的导电导热性，但机械性能差，故工业上广泛应用的是合金材料。泛应用的是合金材料。例如：例如：Fe:b=250MPa C:b=0 Fe-C合金合金(0.45%C)正火态正火态:b=610MPa性能性能工艺工艺相相材料材料组织组织加热、保温、冷却加热、保温、冷却第三十六页，本课件共有62页 组织组织:是指用肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形是指用肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形状、尺寸、分布和各相之间的组合状态。状、尺寸、分布和各相之间的组合状态。合金：合金：一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。相相:是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并以界面相互分开的、均匀的组成部分。聚集状态，并以界面相互分开的、均匀的组成部分。组元组元:组成合金的最基本独立单元。组成合金的最基本独立单元。第三十七页，本课件共有62页 纯金属纯金属合金合金结晶过程：结晶过程：液固两相共存液固两相共存结晶过程：液固两相共存结晶过程：液固两相共存 熔点以上：熔点以上：液相液相 熔点以上：液相熔点以上：液相 结晶完毕：结晶完毕：单一固相单一固相 结晶完毕：结晶完毕：组元发生相互作用组元发生相互作用 化合物化合物组元彼此均匀溶解组元彼此均匀溶解 固溶体固溶体固态合金中的相结构可分为固态合金中的相结构可分为固溶体固溶体和和金属化合物金属化合物两大类。两大类。第三十八页，本课件共有62页一、固溶体一、固溶体（一）定义：（一）定义：一种组元的原子溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。一种组元的原子溶入另一组元的晶格中形成的均匀固相。根据溶质原子在溶剂晶格种所处位置不同分根据溶质原子在溶剂晶格种所处位置不同分（二）分类：（二）分类：2.间隙固溶体间隙固溶体1.置换固溶体置换固溶体第三十九页，本课件共有62页1.1.置置置置 换换换换 固固固固 溶溶溶溶 体体体体 溶质原子置换了部分溶剂晶格结点上某些原子而形成溶质原子置换了部分溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体。的固溶体。形成置换固形成置换固溶体时，溶质原溶体时，溶质原子在溶剂晶格中子在溶剂晶格中的溶解度主要取的溶解度主要取决于两者的晶格决于两者的晶格类型、原子直径类型、原子直径及它们在周期表及它们在周期表中的位置。中的位置。第四十页，本课件共有62页2.间间 隙隙 固固 溶溶 体体 溶质原子分布于溶剂晶格间隙中而形成的固溶体。溶质原子分布于溶剂晶格间隙中而形成的固溶体。形成条件：溶质形成条件：溶质原子半径很小而溶剂原子半径很小而溶剂晶格间隙较大晶格间隙较大,一般一般 r r溶质溶质/r r溶剂溶剂0.590.59时，才时，才能形成间隙固溶体。能形成间隙固溶体。第四十一页，本课件共有62页间隙固溶体间隙固溶体置换固溶体置换固溶体第四十二页，本课件共有62页（三）（三）固溶体的特性固溶体的特性1、保持溶剂的晶格特征。、保持溶剂的晶格特征。2、溶质原子溶入导致固溶体的晶格畸变而使金属强度、硬、溶质原子溶入导致固溶体的晶格畸变而使金属强度、硬 度提高度提高即固溶强化，同时有较好的塑性和韧性。因即固溶强化，同时有较好的塑性和韧性。因 此此常作为结构材料的基本相。常作为结构材料的基本相。3、在物理性能方面，随溶质原子浓度的增加，固溶体的电、在物理性能方面，随溶质原子浓度的增加，固溶体的电 阻率下降，电阻升高，电阻温度系数减小。阻率下降，电阻升高，电阻温度系数减小。第四十三页，本课件共有62页二、金属间化合物二、金属间化合物（一）定义（一）定义 合金组元间发生相互作用而形成的晶格类型和特性完合金组元间发生相互作用而形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元且全不同于任一组元且具有金属特性的具有金属特性的新相即为金属间化合新相即为金属间化合物，或称中间相。物，或称中间相。（二）性能（二）性能 熔点高，硬度高，脆性大。合金中一般作为强化相存在。熔点高，硬度高，脆性大。合金中一般作为强化相存在。（三）分类（根据金属间化合物的形成条件结构特点分）（三）分类（根据金属间化合物的形成条件结构特点分）1.1.正常价化合物正常价化合物 组元间电负性相差较大，且形成的化合物严格遵守组元间电负性相差较大，且形成的化合物严格遵守化合价规律，此类化合物称为正常价化合物。例如：化合价规律，此类化合物称为正常价化合物。例如：MgMg2 2SiSi、CuCu2 2SeSe、ZnSZnS、AlPAlP等。等。第四十四页，本课件共有62页 2.电子化合物电子化合物 组元间形成化合物不遵守化合价规律，但符合一定组元间形成化合物不遵守化合价规律，但符合一定电子浓度（化合物中价电子数于原子数之比），则此类电子浓度（化合物中价电子数于原子数之比），则此类化合物称为电子化合物。此类化合物在许多有色金属中化合物称为电子化合物。此类化合物在许多有色金属中作为重要的强化相。作为重要的强化相。3.间隙化合物间隙化合物 由过渡族元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的由过渡族元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物称为间隙化合物。非金属元素形成的化合物称为间隙化合物。间隙相间隙相 当非金属原子半径与金属原子半径之比小于当非金属原子半径与金属原子半径之比小于0.59时，时，形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相。形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相。第四十五页，本课件共有62页 复杂结构的间隙化合物复杂结构的间隙化合物 当非金属原子半径与金属原子半径之比大于当非金属原子半径与金属原子半径之比大于0.590.59时，时，形成具有复杂结构的间隙化合物。钢中的形成具有复杂结构的间隙化合物。钢中的FeFe3 3C C、CrCr2323C C6 6、FeBFeB、FeFe4 4W W2 2C C、CrCr7 7C C3 3、FeFe2 2B B等均属于这类化合物。等均属于这类化合物。间隙相与间隙化合物的晶体结构间隙相与间隙化合物的晶体结构 第四十六页，本课件共有62页PFe3C第四十七页，本课件共有62页P球状球状（-Fe3C）第四十八页，本课件共有62页第五节第五节 二元合金相图二元合金相图相图：指表达处于复相平衡状态下的物系中，诸相区的温度、压力、成分的极限图解。注：物系为合金系的情况下，其压力通常视为定值，因此坐标为温度和成分。一、二元合金相图的建立（以铜镍合金为例）1、配制一系列不同成分的铜镍合金2、用热分析法测出各成分的合金冷却曲线。3、曲线特点：第四十九页，本课件共有62页（1）A、B两点是纯铜、纯镍都有一个平台，结晶在恒温下进行（一个临界点）两点是纯铜、纯镍都有一个平台，结晶在恒温下进行（一个临界点）（2）中间的四条曲线都有两个转折点结晶是在一个温度区间进行中间的四条曲线都有两个转折点结晶是在一个温度区间进行（两个临界点）。（两个临界点）。（3）将各临界点描绘在温度成分坐标系中得到图（将各临界点描绘在温度成分坐标系中得到图（b）。）。第五十页，本课件共有62页二、匀晶相图二、匀晶相图两组元在液态和固态均能无限互溶时，所构成的相图称为二元合金相图。1、相图分析、相图分析液相线之上为液相线之上为液相液相区区，用，用L表示表示液相线与固相线之液相线与固相线之间是间是液、固两相液、固两相，用用L+固相线下方为固相线下方为固相固相区区，用，用表示表示A点为铜的熔点点为铜的熔点B点为镍的熔点点为镍的熔点第五十一页，本课件共有62页以图中以图中K点成分合金为例分析点成分合金为例分析合金从高温液态缓慢冷却到合金从高温液态缓慢冷却到1点温度时，开始从液相中结晶出点温度时，开始从液相中结晶出固固溶体；随着温度的下降，溶体；随着温度的下降，相增多，而相增多，而L相减少；至相减少；至2点时，结晶过点时，结晶过程结束，程结束，L相全部转变为相全部转变为相相2、合金结晶过程分析、合金结晶过程分析第五十二页，本课件共有62页注：在结晶过程中，合金处于L+区时，液相成分随液相线变化，固相成分随固相线变化。例：K点成分的合金从高温液态缓慢冷却至3点时，其液相部分具有3/点的成分，而固相部分具有3/点的成分。液相与固相的平均成分才是K点的成分。第五十三页，本课件共有62页三、共晶相图：三、共晶相图：第五十四页，本课件共有62页二元共晶相图：二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，固态时有限两组元在液态时无限互溶，固态时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二元共晶相图二元共晶相图。共晶反应共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相的复合：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相的复合混合物的反应。混合物的反应。共晶体共晶体：共晶反应的产物是共晶体。：共晶反应的产物是共晶体。共晶组织共晶组织：共晶体的显微组织是共晶组织。：共晶体的显微组织是共晶组织。第五十五页，本课件共有62页1、相图分析、相图分析（1）共晶点共晶点 C点点 相相相相（2 2）共晶线共晶线 ECFECF线线 L LC CE E+F F (3)(3)固溶体脱溶线固溶体脱溶线 固溶体或固溶体或固溶体随着温度的下降，溶解度固溶体随着温度的下降，溶解度也不断的下降。图中也不断的下降。图中ESES线表达了线表达了固溶体脱溶的变固溶体脱溶的变化规律，化规律，FGFG线表达了线表达了固溶体的变化规律。固溶体的变化规律。ESES、FGFG线称为线称为固溶体脱溶线固溶体脱溶线。固溶体脱溶产物是固溶体脱溶产物是相，称为二次相，称为二次相（相（1 1）固溶体脱溶产物是固溶体脱溶产物是相，称为二次相，称为二次相（相（1 1）恒温恒温第五十六页，本课件共有62页2 2、结晶过程分析：、结晶过程分析：（1 1）共晶成分的合金）共晶成分的合金 C C点成分的合金是具有共晶成分的点成分的合金是具有共晶成分的合金。在冷却过程中经过合金。在冷却过程中经过C C点时发生共晶反应，生成点时发生共晶反应，生成共晶体。共晶体。L L(+)(2)(2)亚共晶成分的合金亚共晶成分的合金 E E、C C点之间成分的合金，称为亚点之间成分的合金，称为亚共晶合金。如图合金共晶合金。如图合金，在冷却过程中经过，在冷却过程中经过1点时结晶点时结晶出出1 1相；经过相；经过2 2点时，剩余液相发生共晶反应生成共点时，剩余液相发生共晶反应生成共晶体；继续冷却晶体；继续冷却1 1相还会脱溶出相还会脱溶出相。相。C室温组织为室温组织为1(+)。LL+1 1(+)1(+)122以下以下第五十七页，本课件共有62页(3)(3)过共晶成分的合金过共晶成分的合金 C C、F F点之间成分的合金，称为点之间成分的合金，称为过共晶合金。如图合金过共晶合金。如图合金，在冷却过程中经过，在冷却过程中经过1点时点时结晶出结晶出1 1相；经过相；经过2 2点，剩余液相发生共晶反应生成点，剩余液相发生共晶反应生成共晶体；在继续冷却共晶体；在继续冷却1 1相脱溶出相脱溶出相，最终组织为相，最终组织为1 1(+)。L LL+L+1 1 1 1(+)1 1(+)（4 4）无共晶反应的合金无共晶反应的合金 E E点左侧和点左侧和F F点右侧的合金在冷点右侧的合金在冷却过程中不会发生共晶反应。如图合金却过程中不会发生共晶反应。如图合金冷却至冷却至1点时点时结晶出结晶出1 1 相相,经过经过2 2点时全部转变为点时全部转变为1 1 相相,经过经过3 3点时点时,开始脱溶出开始脱溶出相相,即即 L LL+L+1 1 1 1 1 1 122以下以下123 同理，同理，F点右侧的合金在冷却过程中也会有点右侧的合金在冷却过程中也会有1 相和相和相相生成。最终生成。最终组织为组织为 1。第五十八页，本课件共有62页四、具有共析反应的相图四、具有共析反应的相图自某种均匀一致自某种均匀一致的固相中同时析的固相中同时析出两种化学成分出两种化学成分和晶格结构完全和晶格结构完全不同的新固相的不同的新固相的转变过程称为转变过程称为共共析反应析反应。共析体共析体：共析反：共析反应的产物称为共应的产物称为共析体。析体。共析组共析组：织共析：织共析体的显微组织称体的显微组织称为共析组织。为共析组织。第五十九页，本课件共有62页五、合金力学性能五、合金力学性能与相图的关系与相图的关系1、当合金形成单当合金形成单相固溶体时：相固溶体时：合金的性能与组成元素的性质、溶质元素的溶入量有关。第六十页，本课件共有62页2、当、当合金形合金形成复相成复相混合物混合物时，力时，力学性能学性能主要取主要取决于其决于其组织的组织的细密程细密程度：度：第六十一页，本课件共有62页感感谢谢大大家家观观看看第六十二页，本课件共有62页