機(jī)械2010工程材料學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械機(jī)械2010工程工程(gngchng)材料材料第一頁(yè)，共69頁(yè)。 在金屬或合金在金屬或合金(hjn)中，凡是具有相同成分，相中，凡是具有相同成分，相同晶體結(jié)構(gòu)并與其他部分有同晶體結(jié)構(gòu)并與其他部分有界面分開的均勻組成部分，界面分開的均勻組成部分，稱為相。稱為相。相相第一節(jié)固態(tài)(gti)合金相的種類及特點(diǎn)n在固態(tài)在固態(tài)(gti)下，物質(zhì)可以是單相的，也可以下，物質(zhì)可以是單相的，也可以是多相的。是多相的。n純金屬在固態(tài)純金屬在固態(tài)(gti)時(shí)為一個(gè)相（固相），在時(shí)為一個(gè)相（固相），在熔點(diǎn)以上為另一個(gè)相（液相）。熔點(diǎn)以上為另一個(gè)相（液相）。n合金中有兩類基本相：固溶體和金屬化合物。合金中有

2、兩類基本相：固溶體和金屬化合物。第1頁(yè)/共68頁(yè)第二頁(yè)，共69頁(yè)。 1.1 固溶體的分類： 按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的所占的位置，可將固溶體分為兩大類：置換(zhhun)固溶體和間隙固溶體。溶劑溶劑(rngj)能夠保持其原有晶格能夠保持其原有晶格類型并與固溶體晶格類型并與固溶體晶格相同相同(xin tn)的的組元稱為溶劑。組元稱為溶劑。溶質(zhì)溶質(zhì)失去原有晶格類型的組失去原有晶格類型的組元稱為元稱為溶質(zhì)溶質(zhì)，一般在合，一般在合金中含量較少。金中含量較少。+1、固溶體固溶體： 在固態(tài)下，溶質(zhì)原子可以不同方式進(jìn)入溶劑金屬組元的晶格中在固態(tài)下，溶質(zhì)原子可以不同方式進(jìn)入溶劑金屬組元的晶格中去，這樣所形成的新

3、相，稱之為固溶體。去，這樣所形成的新相，稱之為固溶體。固溶體固溶體一種固相一種固相第2頁(yè)/共68頁(yè)第三頁(yè)，共69頁(yè)。根據(jù)溶質(zhì)原子根據(jù)溶質(zhì)原子(yunz)在溶劑晶格中分布是在溶劑晶格中分布是否有規(guī)律可將固溶體分為：有序固溶體和無否有規(guī)律可將固溶體分為：有序固溶體和無序固溶體。序固溶體。 溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子(yunz)有規(guī)則地占據(jù)溶劑有規(guī)則地占據(jù)溶劑結(jié)構(gòu)中的固定位置，溶質(zhì)與溶劑原子結(jié)構(gòu)中的固定位置，溶質(zhì)與溶劑原子(yunz)數(shù)之比為一定值時(shí)，所形成的固溶數(shù)之比為一定值時(shí)，所形成的固溶體稱為有序固溶體。否則為無序固溶體。體稱為有序固溶體。否則為無序固溶體。第3頁(yè)/共68頁(yè)第四頁(yè)，共69頁(yè)。第4頁(yè)/共6

4、8頁(yè)第五頁(yè)，共69頁(yè)。溶質(zhì)溶質(zhì)(rngzh)原子與溶劑原子與溶劑原子直徑之比應(yīng)小于原子直徑之比應(yīng)小于059方可。方可。溶質(zhì)原子不是占據(jù)溶劑晶格的結(jié)溶質(zhì)原子不是占據(jù)溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)位置點(diǎn)位置(wi zhi)而是進(jìn)入溶劑晶而是進(jìn)入溶劑晶格的間隙時(shí)，所形成的固溶體。格的間隙時(shí)，所形成的固溶體。過渡族元素過渡族元素(溶劑溶劑)與尺寸較小的元素與尺寸較小的元素C 、N、H、B等易形成間隙固溶體。等易形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度一般很小溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶解度一般很小,所以間所以間隙固溶體都是隙固溶體都是有限固溶體有限固溶體。溶質(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸變?nèi)苜|(zhì)原子將使間隙固溶體發(fā)生畸

5、變，其濃度越大，畸變?cè)酱?。，其濃度越大，畸變?cè)酱?。溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的溶質(zhì)原子在間隙固溶體中的分布是隨機(jī)的，分布是隨機(jī)的，間隙固溶體間隙固溶體都是都是無序固镕體無序固镕體。-19第5頁(yè)/共68頁(yè)第六頁(yè)，共69頁(yè)。第6頁(yè)/共68頁(yè)第七頁(yè)，共69頁(yè)。r第7頁(yè)/共68頁(yè)第八頁(yè)，共69頁(yè)。 晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)： 溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)相同的元素之間具有較大的溶解度，可形成無限固溶體或有限固溶體。晶體結(jié)構(gòu)不同溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)相同的元素之間具有較大的溶解度，可形成無限固溶體或有限固溶體。晶體結(jié)構(gòu)不同(b tn)的元素之間的溶解度較小，形成有限固溶體。的元素之間的溶解度較小，形成有限固溶體。（例如，具有（

6、例如，具有fcc晶格的晶格的Mn、Cu、Ni等在等在fcc的的-Fe中的溶解度較大，而在具有中的溶解度較大，而在具有bcc的的-Fe中的溶解度較小。）中的溶解度較小。）影響影響(yngxing)固溶體溶解度的因素：固溶體溶解度的因素：第8頁(yè)/共68頁(yè)第九頁(yè)，共69頁(yè)。 原子大小因素：當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的原子直徑差別（原子大小因素：當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的原子直徑差別（d=d溶劑溶劑-d溶質(zhì)）溶質(zhì)） 小時(shí)，易形成置置換固溶體，而且差別越小，小時(shí)，易形成置置換固溶體，而且差別越小，C越大，當(dāng)差別小到一定程度時(shí)，越大，當(dāng)差別小到一定程度時(shí)，C。當(dāng)。當(dāng)d14%-15%時(shí)，可形成無限固溶體。例如，以鐵為基的固溶體此差別

7、時(shí)，可形成無限固溶體。例如，以鐵為基的固溶體此差別8%時(shí)，時(shí)，C。反之，當(dāng)差別大時(shí)，易形成間隙固溶體。間隙原子造成的晶格畸變比置換原子造成的晶格畸變大得多，所以其溶解度一般反之，當(dāng)差別大時(shí)，易形成間隙固溶體。間隙原子造成的晶格畸變比置換原子造成的晶格畸變大得多，所以其溶解度一般(ybn)不會(huì)很大。不會(huì)很大。 第9頁(yè)/共68頁(yè)第十頁(yè)，共69頁(yè)。它是強(qiáng)化它是強(qiáng)化(qinghu)金屬材金屬材料的重要途徑之一料的重要途徑之一。固溶體的強(qiáng)度硬度逐漸升高，而塑性、韌性有所下降固溶體的強(qiáng)度硬度逐漸升高，而塑性、韌性有所下降，所以，其綜合性能較好，常作為結(jié)構(gòu)合金，所以，其綜合性能較好，常作為結(jié)構(gòu)合金(hjn)

8、的的基體相基體相 通過向溶劑中溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，而通過向溶劑中溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，而使固溶體合金強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象使固溶體合金強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱為稱為固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化：固溶體與純金屬相比電阻率矯頑力逐漸升高，導(dǎo)固溶體與純金屬相比電阻率矯頑力逐漸升高，導(dǎo)電率下降等。電率下降等。第10頁(yè)/共68頁(yè)第十一頁(yè)，共69頁(yè)。？ 由于溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬滑移變形變得更加困難，變形抗力增大，從而提高合金的強(qiáng)度由于溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬滑移變形變得更加困難，變形抗力增大，從

9、而提高合金的強(qiáng)度(qingd)和硬度。和硬度。單元單元2-25第11頁(yè)/共68頁(yè)第十二頁(yè)，共69頁(yè)。n金屬金屬(jnsh)化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆。n合金中出現(xiàn)金屬合金中出現(xiàn)金屬(jnsh)化合物時(shí)，常能提高合金的強(qiáng)度、硬度化合物時(shí)，常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐和耐 磨性，但會(huì)降低塑性和韌性。磨性，但會(huì)降低塑性和韌性。第12頁(yè)/共68頁(yè)第十三頁(yè)，共69頁(yè)。2.1、分類、分類(fn li)：正常價(jià)化合物：符合一般化合物的原子價(jià)規(guī)律，有嚴(yán)格的化合比，成分固定不變，并可用化學(xué)式來表示。例如：正常價(jià)化合物：符合一般化合物的原子價(jià)規(guī)律，有嚴(yán)

10、格的化合比，成分固定不變，并可用化學(xué)式來表示。例如：Mg2Si、MnS等，正常價(jià)化合物具有較高的硬度和脆性。等，正常價(jià)化合物具有較高的硬度和脆性。第13頁(yè)/共68頁(yè)第十四頁(yè)，共69頁(yè)。-28第14頁(yè)/共68頁(yè)第十五頁(yè)，共69頁(yè)。電子電子(dinz)化合物：化合物： 不遵守原子價(jià)規(guī)律但符合電子不遵守原子價(jià)規(guī)律但符合電子(dinz)濃度濃度（組元貢獻(xiàn)的價(jià)電子（組元貢獻(xiàn)的價(jià)電子(dinz)數(shù)與合金相原子數(shù)數(shù)與合金相原子數(shù)目之比值）規(guī)律的化合物。目之比值）規(guī)律的化合物。n電子濃度電子濃度(即電子數(shù)原于數(shù)即電子數(shù)原于數(shù))為為32的電子化合物，皆具有體心立方的電子化合物，皆具有體心立方(lfng)晶格稱之

11、為晶格稱之為相。如相。如CuZn、 Cu5Sn、 FeAl、 NiAl等。等。n電子濃度為電子濃度為2113的電子化合物皆具有復(fù)雜立方晶格，稱為的電子化合物皆具有復(fù)雜立方晶格，稱為相如相如Cu5Zn8、Cu31Sn8等。等。n電子濃度為電子濃度為74的電子化合物，皆具有密排六方晶格，稱作的電子化合物，皆具有密排六方晶格，稱作相。相。如如CuZn3 、Cu8Sn等等電子化合物主要以金屬鍵結(jié)合，有明顯的金屬特性電子化合物主要以金屬鍵結(jié)合，有明顯的金屬特性它的熔點(diǎn)、硬度它的熔點(diǎn)、硬度很高，但塑性較低很高，但塑性較低，在許多有色金屬中為重要的強(qiáng)化相。，在許多有色金屬中為重要的強(qiáng)化相。第15頁(yè)/共68頁(yè)

12、第十六頁(yè)，共69頁(yè)。(interstitial compounds)是由過渡族金屬是由過渡族金屬(Fe、Cr、Mn 、 Mo、W、V等等)同原子直同原子直徑較小的非金屬元素徑較小的非金屬元素(C、N、H、B等等)形成的化合物。形成的化合物。在不同于組成元素的新晶格中，尺寸較大的過渡族元素占據(jù)在不同于組成元素的新晶格中，尺寸較大的過渡族元素占據(jù)晶格的正常位置，尺寸較小的非金屬原子則有規(guī)則的嵌入晶格的正常位置，尺寸較小的非金屬原子則有規(guī)則的嵌入(qin r)晶格的間隙中。晶格的間隙中。間隙間隙(jin x)化合化合物種類物種類間隙相間隙相具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物-30第16

13、頁(yè)/共68頁(yè)第十七頁(yè)，共69頁(yè)。 間隙相：間隙相： 當(dāng)當(dāng)r非非/r金屬金屬0.59時(shí)，形成的間隙化合物具有比較簡(jiǎn)單的晶格結(jié)構(gòu)時(shí)，形成的間隙化合物具有比較簡(jiǎn)單的晶格結(jié)構(gòu)(jigu)，稱為間隙相。例如：，稱為間隙相。例如：VC具有具有fcc結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)。 間隙相具有十分突出的金屬特性，有金屬光澤和良好的導(dǎo)電性，熔點(diǎn)和硬度極高，間隙化合物的合理存在，可有效地提高鋼的強(qiáng)度、熱強(qiáng)性、紅硬性及耐磨性。是高速鋼和硬質(zhì)合金中的重要組成相，也是合金工具鋼和高溫金屬陶瓷中的重要組成相。間隙相具有十分突出的金屬特性，有金屬光澤和良好的導(dǎo)電性，熔點(diǎn)和硬度極高，間隙化合物的合理存在，可有效地提高鋼的強(qiáng)度、熱強(qiáng)性

14、、紅硬性及耐磨性。是高速鋼和硬質(zhì)合金中的重要組成相，也是合金工具鋼和高溫金屬陶瓷中的重要組成相。如如TiC、WC 、 TiN、VC、NbC 、Mo2N、Fe4N等等 第17頁(yè)/共68頁(yè)第十八頁(yè)，共69頁(yè)。 間隙間隙(jin x)化合物：化合物： 當(dāng)當(dāng)r非非/r金屬金屬0.59時(shí)，所形成的化合物具有較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，稱為間隙時(shí)，所形成的化合物具有較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，稱為間隙(jin x)化合物。例如：化合物。例如： Fe3C，具有正交晶格。，具有正交晶格。 間隙間隙(jin x)化合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬度，但與間隙化合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬度，但與間隙(jin x)相相比，它們的熔點(diǎn)和硬度要低一

15、些，而且在加熱時(shí)，容易分解。相相比，它們的熔點(diǎn)和硬度要低一些，而且在加熱時(shí)，容易分解。第18頁(yè)/共68頁(yè)第十九頁(yè)，共69頁(yè)。VC晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)Fe3C晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)第19頁(yè)/共68頁(yè)第二十頁(yè)，共69頁(yè)。第20頁(yè)/共68頁(yè)第二十一頁(yè)，共69頁(yè)。幾個(gè)名詞：幾個(gè)名詞：1.合金系：由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同的比例配制成的一系列不同成分的合金，稱為合金系，例如，合金系：由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同的比例配制成的一系列不同成分的合金，稱為合金系，例如，Pb-Sn系、系、Fe-Fe3C系；系；2. 相圖：用來表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過程的簡(jiǎn)明相圖：用來表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過程的簡(jiǎn)明(jinmng)

16、圖解，稱為相圖。相圖上表示的組織都是在極其緩慢冷卻的條件下所獲得的，都是接近平衡狀態(tài)的組織，又叫做平衡圖。圖解，稱為相圖。相圖上表示的組織都是在極其緩慢冷卻的條件下所獲得的，都是接近平衡狀態(tài)的組織，又叫做平衡圖。3. 組織：在金相顯微鏡下觀察到的具有某種形貌或形態(tài)特征的組成部分。組織：在金相顯微鏡下觀察到的具有某種形貌或形態(tài)特征的組成部分。第21頁(yè)/共68頁(yè)第二十二頁(yè)，共69頁(yè)。一、二元合金相圖的建立：比較常見的是利用熱分析法建立；一、二元合金相圖的建立：比較常見的是利用熱分析法建立；CuNi相圖的建立過程：相圖的建立過程：配置配置(pizh)合金合金測(cè)定冷卻曲線測(cè)定冷卻曲線標(biāo)定臨界點(diǎn)標(biāo)定臨界

17、點(diǎn)繪制合金相圖繪制合金相圖第22頁(yè)/共68頁(yè)第二十三頁(yè)，共69頁(yè)。第23頁(yè)/共68頁(yè)第二十四頁(yè)，共69頁(yè)。1.1點(diǎn)：點(diǎn)：A：Cu的熔點(diǎn)；的熔點(diǎn)；B：Ni的熔點(diǎn)；的熔點(diǎn)；1.2線：線：AB線（上面）：線（上面）：液相線；液相線； AB線（下面線（下面(xi mian)）：固相線）：固相線；1.3面：面：液相區(qū)；液相區(qū)； 固相區(qū)；固相區(qū)；液固兩相共存區(qū)；液固兩相共存區(qū)；第24頁(yè)/共68頁(yè)第二十五頁(yè)，共69頁(yè)。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 純銅純銅熔點(diǎn)熔點(diǎn)(rngdin)純鎳純鎳熔點(diǎn)熔點(diǎn)(rngdin)液相線液相線

18、固相線固相線液相區(qū)液相區(qū)固相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)AB第25頁(yè)/共68頁(yè)第二十六頁(yè)，共69頁(yè)。勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行(jnxng)(jnxng)結(jié)晶。結(jié)晶。l1bcdT,CtL L L勻晶轉(zhuǎn)變 L 冷卻曲線CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 12 23 34 4 4 3 2 1l2l3l4液態(tài)合金冷至液態(tài)合金冷至t1t1溫度，開始從液態(tài)合金中析出溫度，開始從液態(tài)合金中析出相，此時(shí)結(jié)

19、晶出的相，此時(shí)結(jié)晶出的成分為成分為11，液相的成分為，液相的成分為L(zhǎng)1L1（即為合金的成分）；（即為合金的成分）；隨著溫度的降低，隨著溫度的降低，L L ，到達(dá)，到達(dá)t2t2溫度，液相的成分沿著溫度，液相的成分沿著(yn zhe)(yn zhe)液相線變?yōu)橐合嗑€變?yōu)長(zhǎng)2L2，固相沿著，固相沿著(yn zhe)(yn zhe)固相線變?yōu)楣滔嗑€變?yōu)?2；同時(shí)，液相的數(shù)量逐漸的降低，；同時(shí)，液相的數(shù)量逐漸的降低， 相的數(shù)量逐漸的增加；相的數(shù)量逐漸的增加；溫度冷至溫度冷至t3時(shí)，液相成分沿著液相線變化為時(shí)，液相成分沿著液相線變化為l3 ，固溶體成分沿著固相線變，固溶體成分沿著固相線變化為化為3，并與，

20、并與l3相平衡。溫度冷至相平衡。溫度冷至t4時(shí)，液相全部結(jié)晶為時(shí)，液相全部結(jié)晶為相，相， 成分沿成分沿固相線變?yōu)楣滔嗑€變?yōu)?（即合金的成分即合金的成分）。）。溫度繼續(xù)下降，就為固溶體溫度繼續(xù)下降，就為固溶體的簡(jiǎn)單冷卻。的簡(jiǎn)單冷卻。第26頁(yè)/共68頁(yè)第二十七頁(yè)，共69頁(yè)。第27頁(yè)/共68頁(yè)第二十八頁(yè)，共69頁(yè)。第28頁(yè)/共68頁(yè)第二十九頁(yè)，共69頁(yè)。第29頁(yè)/共68頁(yè)第三十頁(yè)，共69頁(yè)。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 12ABxacbT1T21. 1. 在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度一確定的溫度

21、(wnd)(wnd)，兩相的成分是確定的。，兩相的成分是確定的。2. 2. 隨著溫度的降低，兩隨著溫度的降低，兩相的成分相的成分(chng fn)(chng fn)分別沿液相線和固相線變分別沿液相線和固相線變化?；?。杠桿定律杠桿定律：在兩相區(qū)內(nèi)，在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度對(duì)應(yīng)每一確定的溫度T1T1，兩兩相質(zhì)量的比值是確定的。即相質(zhì)量的比值是確定的。即Q QL L/Q/Q = = cb/ac杠桿定律推論：杠桿定律推論：在兩在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度T T1 1時(shí)時(shí)兩相在合金兩相在合金b b中的相對(duì)質(zhì)中的相對(duì)質(zhì)量各為量各為QL=(x2-x)/(x2-x1)Q =(x-x1)/(x2-

22、x1)=1- =1- Q QL Lx1x1x2第30頁(yè)/共68頁(yè)第三十一頁(yè)，共69頁(yè)。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ ac30a1b1c11280 C解：作成分(chng fn)線和溫度線如圖。6618根據(jù)杠桿定律(dngl)推論， Q / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4答：所求合金在1280 時(shí)相的相對(duì)質(zhì)量為1/4。第31頁(yè)/共68頁(yè)第三十二頁(yè)，共69頁(yè)。n危害：嚴(yán)重影響機(jī)械危害：嚴(yán)重影響機(jī)械性能，特別是使塑性性能，特別是使塑性、韌性下降，抗蝕能、韌性下降，抗蝕能力下降；力下降；n消除方

23、法：采用擴(kuò)散消除方法：采用擴(kuò)散退火（均勻化退火）退火（均勻化退火）：即將鑄件加熱到低：即將鑄件加熱到低于固相線于固相線100200的的溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，使偏析元素充分溫，使偏析元素充分(chngfn)的擴(kuò)散，的擴(kuò)散，從而使合金的成分均從而使合金的成分均勻化。勻化。第32頁(yè)/共68頁(yè)第三十三頁(yè)，共69頁(yè)。第33頁(yè)/共68頁(yè)第三十四頁(yè)，共69頁(yè)。1、相圖分析：如圖所示：、相圖分析：如圖所示：1.1 點(diǎn)：點(diǎn)：a點(diǎn)：點(diǎn)：Pb的熔點(diǎn)；的熔點(diǎn)；b點(diǎn)：點(diǎn)：Sn的熔點(diǎn)；的熔點(diǎn)；c點(diǎn)：共晶點(diǎn)；點(diǎn)：共晶點(diǎn)；1.2 線：線：acb：液相線；：液相線；adceb線：固相線；線：固相線；df線：線

24、：固溶體的溶解度曲固溶體的溶解度曲線（線（ 固溶體是以固溶體是以Pb為溶劑，以為溶劑，以Sn為溶質(zhì)的有限為溶質(zhì)的有限(yuxin)固溶體）；固溶體）；eg線：線： 固溶體的溶解度曲線（固溶體的溶解度曲線（ 固溶體是以固溶體是以Sn為溶劑，以為溶劑，以Pb為溶質(zhì)為溶質(zhì)的有限的有限(yuxin)固溶體）；固溶體）；1.3面：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：液相區(qū)、面：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：液相區(qū)、 固溶體區(qū)、固溶體區(qū)、 固溶體區(qū)；固溶體區(qū)； 兩相區(qū)：兩相區(qū)：L+ 、L+ 、 + ； ced線是線是L+ + 三相共存區(qū)，三相共存區(qū)，dce線也叫共晶線；線也叫共晶線；第34頁(yè)/共68頁(yè)第三十五頁(yè)，共69頁(yè)。edtccL 第35頁(yè)/共68頁(yè)

25、第三十六頁(yè)，共69頁(yè)。幾個(gè)概念：幾個(gè)概念：dce線叫做共晶線；線叫做共晶線；c點(diǎn)叫做共晶點(diǎn)；點(diǎn)叫做共晶點(diǎn)；c點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度叫做共晶溫度點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度叫做共晶溫度tc；成分為成分為c點(diǎn)的合金叫做共晶合金；成分在點(diǎn)的合金叫做共晶合金；成分在dc之間的合金叫做亞共晶合金；成分之間的合金叫做亞共晶合金；成分ce在之間的合金叫做過共晶合金。在之間的合金叫做過共晶合金。所生成所生成(shn chn)的產(chǎn)物的產(chǎn)物d+ e叫做共晶產(chǎn)物。叫做共晶產(chǎn)物。第36頁(yè)/共68頁(yè)第三十七頁(yè)，共69頁(yè)。PbSnSn%T, C鉛-錫合金共晶(n jn)相圖液相線液相線L固相線固相線 + L + L + 固溶線固溶線 固溶線固

26、溶線第37頁(yè)/共68頁(yè)第三十八頁(yè)，共69頁(yè)。PbSnT, CL + L + L + 共晶反應(yīng)線共晶反應(yīng)線表示從表示從d點(diǎn)到點(diǎn)到e點(diǎn)點(diǎn)范圍的合金范圍的合金(hjn)，在該溫度上都要，在該溫度上都要發(fā)生不同程度上的發(fā)生不同程度上的共晶反應(yīng)。共晶反應(yīng)。ce共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)表示表示c點(diǎn)成分的合點(diǎn)成分的合金金(hjn)冷卻到此冷卻到此溫度上發(fā)生完全的溫度上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變。dLd c + e第38頁(yè)/共68頁(yè)第三十九頁(yè)，共69頁(yè)。%4 .45195 .979 .615 .97deceQQ=1-W =1-45.4% =54.6%第39頁(yè)/共68頁(yè)第四十頁(yè)，共69頁(yè)。溫度冷到溫度冷到c（1點(diǎn)）點(diǎn)以點(diǎn)

27、）點(diǎn)以下時(shí)，下時(shí)，相和相和相均冷卻相均冷卻，其中，其中(qzhng)， 相相的溶解度沿著的溶解度沿著df線變化線變化， 相的溶解度沿著相的溶解度沿著eg線變化，各自分別生出線變化，各自分別生出次生相，次生相，、，可，可忽略。忽略。所以，所以，共晶合金的室溫組織為共晶合金的室溫組織為+ ；如圖所示。如圖所示。第40頁(yè)/共68頁(yè)第四十一頁(yè)，共69頁(yè)。T, CtL( + )L( + )LL(+ ) 共晶體共晶體(jngt)冷卻冷卻(lngqu)曲線曲線( + )PbSnT, CL + L + L + 183dec12第41頁(yè)/共68頁(yè)第四十二頁(yè)，共69頁(yè)。如圖所示，如圖所示，和和相呈層片狀交替相呈層

28、片狀交替分布，其中分布，其中(qzhng)白色組白色組織為織為相，黑色組相，黑色組織為織為相。相。第42頁(yè)/共68頁(yè)第四十三頁(yè)，共69頁(yè)。n1點(diǎn)以上是液相的簡(jiǎn)單冷卻(lngqu)；n12點(diǎn)是L；n2點(diǎn)：發(fā)生共晶反應(yīng)：n Lc d+ e；此反應(yīng)一直進(jìn)行到液相用完為止，所以此時(shí)的組織：n （初晶）+ （d+ e）n2點(diǎn)以下是次生相的析出，同理，n d+ e的次生相可以忽略，但初晶的次生相 不能忽略。n所以，亞共晶合金的室溫組織為：n 先+（d+ e）+ 2.2亞共晶合金亞共晶合金(hjn)的結(jié)晶過程：如圖所的結(jié)晶過程：如圖所示，合金示，合金(hjn)為為WSn=50%的亞共晶合的亞共晶合金金(hj

29、n)，它的冷卻結(jié)晶過程如圖所示：，它的冷卻結(jié)晶過程如圖所示：第43頁(yè)/共68頁(yè)第四十四頁(yè)，共69頁(yè)。X1T, CtLL+ ( + )+ + 12( + )+ PbSnT, CL + L + L + 183decL+( + )+ 第44頁(yè)/共68頁(yè)第四十五頁(yè)，共69頁(yè)。圖中黑色的樹枝圖中黑色的樹枝狀晶為初晶狀晶為初晶，其中的白色組織其中的白色組織為為 ，黑白相，黑白相間分布間分布(fnb)的的是共晶組織（是共晶組織（+）。）。第45頁(yè)/共68頁(yè)第四十六頁(yè)，共69頁(yè)。cefgX1T, CtL L LL+ 冷卻冷卻(lngqu)曲線曲線 + 1234PbSnT, CL + L + L + 183ce

30、d2.3邊際固溶體合金邊際固溶體合金含含Sn量小于量小于d點(diǎn)（點(diǎn)（19%）的合金的結(jié)晶）的合金的結(jié)晶(jijng)過程：過程：如圖所示：合金如圖所示：合金為為WSn=10%，它的結(jié)晶，它的結(jié)晶(jijng)過過程如圖程如圖3-9所示所示第46頁(yè)/共68頁(yè)第四十七頁(yè)，共69頁(yè)。n1以上是以上是L的冷卻；的冷卻；n12點(diǎn)點(diǎn)L；n23點(diǎn)點(diǎn)相的冷卻；相的冷卻；n34點(diǎn)點(diǎn)；n所以所以(suy)，室溫組織為：，室溫組織為： +。n計(jì)算它們的相對(duì)含量：計(jì)算它們的相對(duì)含量：%90100101004fggQQ =1-Q =1-90%=10%第47頁(yè)/共68頁(yè)第四十八頁(yè)，共69頁(yè)。第48頁(yè)/共68頁(yè)第四十九頁(yè)，共

31、69頁(yè)。1、相圖分析：、相圖分析：PtAg二元包晶相圖；二元包晶相圖；1.1點(diǎn)：點(diǎn)：a點(diǎn)：點(diǎn)：Pt的熔點(diǎn)；的熔點(diǎn)；b點(diǎn)：點(diǎn)：Ag的熔點(diǎn)；的熔點(diǎn)；d點(diǎn)包晶點(diǎn)；點(diǎn)包晶點(diǎn)；1.2線：線：aeb線：液相線；線：液相線；acdb線：固相線；線：固相線；cf線：線：Ag在在Pt中的溶解中的溶解度曲線度曲線(qxin)；dg線：線：Pt在在Ag中的溶解度曲線中的溶解度曲線(qxin)；1.3面：三個(gè)單相區(qū)：面：三個(gè)單相區(qū)：L、； 三個(gè)兩相區(qū)：三個(gè)兩相區(qū)：L+ 、L+ 、 +； cde線是線是L、的三相共存線。的三相共存線。1.4包晶反應(yīng)包晶反應(yīng):在一定的溫度下，由一定成分的固相在一定的溫度下，由一定成分的固

32、相和一定成分的液相作用，形成另一個(gè)和一定成分的液相作用，形成另一個(gè)(y )一定成一定成分的固相的過程分的固相的過程.其中，其中，d點(diǎn)為包晶點(diǎn)；點(diǎn)為包晶點(diǎn)；d點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度td叫做包晶溫度；叫做包晶溫度；cde線叫做包晶線。線叫做包晶線。包晶反應(yīng)的表達(dá)式為：包晶反應(yīng)的表達(dá)式為： Le+cd（td）第49頁(yè)/共68頁(yè)第五十頁(yè)，共69頁(yè)。%83.425 .103 .664 .423 .66cedeW%17.575 .103 .665 .104 .42cecdWL第50頁(yè)/共68頁(yè)第五十一頁(yè)，共69頁(yè)。包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變(zhunbin)(zhunbin)： Le + Le + c c d

33、 dPtAgAg%T, C鉑-銀合金(hjn)包晶相圖L + L + L + cdefgT, CtLL + L + + b ba a第51頁(yè)/共68頁(yè)第五十二頁(yè)，共69頁(yè)。%1002ceeW至此將發(fā)生包晶反應(yīng)：至此將發(fā)生包晶反應(yīng)： Le+cd，反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)結(jié)束后，除形成新相，除形成新相外，外，相有剩余相有剩余(shngy)。在在td以下溫度，隨著固溶體溶解度變化，從以下溫度，隨著固溶體溶解度變化，從固溶固溶體和體和固溶體中將不斷析出二次相固溶體中將不斷析出二次相和和。合金的室溫組織為合金的室溫組織為 + + + ；%1002cecWL第52頁(yè)/共68頁(yè)第五十三頁(yè)，共69頁(yè)。反應(yīng)反應(yīng)(fny

34、ng)結(jié)束后，除形成結(jié)束后，除形成相外，相外，L相有剩余。相有剩余。當(dāng)溫度從當(dāng)溫度從2點(diǎn)降低時(shí)，剩余的液相將繼續(xù)結(jié)晶出點(diǎn)降低時(shí)，剩余的液相將繼續(xù)結(jié)晶出固溶體，此時(shí)固溶體，此時(shí)相成分相成分沿著沿著db線變化，當(dāng)溫度達(dá)到線變化，當(dāng)溫度達(dá)到3點(diǎn)后，液相全部結(jié)晶為與合金成分相同的點(diǎn)后，液相全部結(jié)晶為與合金成分相同的固溶體。固溶體。34點(diǎn)之間，合金為單相固溶體合金，不發(fā)生變化。點(diǎn)之間，合金為單相固溶體合金，不發(fā)生變化。在在4點(diǎn)以下，將從點(diǎn)以下，將從固溶體中析出二次相固溶體中析出二次相。 合金合金的室溫組織為的室溫組織為+ ；用杠桿定律用杠桿定律(dngl)可算出，在包晶可算出，在包晶轉(zhuǎn)變時(shí)系統(tǒng)中液相的數(shù)

35、量比包晶轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變時(shí)系統(tǒng)中液相的數(shù)量比包晶轉(zhuǎn)變時(shí)所需的量多，即時(shí)所需的量多，即cecdcecWL2以合金以合金為例，分析其結(jié)晶過程：為例，分析其結(jié)晶過程：溫度在溫度在1點(diǎn)以上點(diǎn)以上(yshng)為液相的簡(jiǎn)單冷為液相的簡(jiǎn)單冷卻；卻；12點(diǎn)為點(diǎn)為L(zhǎng) ；冷至冷至2點(diǎn)，液相的成分變到點(diǎn)，液相的成分變到e點(diǎn)，點(diǎn)， 的成分的成分沿沿ac線變到線變到c點(diǎn)，溫度冷至包晶溫度，所點(diǎn)，溫度冷至包晶溫度，所以可以發(fā)生包晶反應(yīng)：以可以發(fā)生包晶反應(yīng)： Le+cd，第53頁(yè)/共68頁(yè)第五十四頁(yè)，共69頁(yè)。共析轉(zhuǎn)變：共析轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，由成分一定的固相同在一定溫度下，由成分一定的固相同(xin tn)時(shí)析出兩種時(shí)析出兩種

36、成分一定且不相同成分一定且不相同(xin tn)的新固相的轉(zhuǎn)變。的新固相的轉(zhuǎn)變。dce線為共析線，線為共析線，c點(diǎn)點(diǎn)為共析點(diǎn)，為共析點(diǎn)，共析反應(yīng)共析反應(yīng)(fnyng)：cd+e；d+e叫做共析組織；叫做共析組織；共析線所對(duì)應(yīng)的溫度共析線所對(duì)應(yīng)的溫度叫做共析溫度。叫做共析溫度。第54頁(yè)/共68頁(yè)第五十五頁(yè)，共69頁(yè)。共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變(zhunbin)(zhunbin)： ( ( + + ) ) 共析體共析體ABT, C + + + cedL + L第55頁(yè)/共68頁(yè)第五十六頁(yè)，共69頁(yè)。（五）二元合金相圖小結(jié)：（五）二元合金相圖小結(jié)：兩個(gè)單相區(qū)只能交于一點(diǎn)。根據(jù)相區(qū)接觸法則，即在二元合金相圖中相

37、鄰相區(qū)的相數(shù)相差一個(gè)兩個(gè)單相區(qū)只能交于一點(diǎn)。根據(jù)相區(qū)接觸法則，即在二元合金相圖中相鄰相區(qū)的相數(shù)相差一個(gè)(y )（點(diǎn)接觸除外），得出：兩個(gè)單相區(qū)之間必定有由這兩個(gè)相所組成的兩相區(qū)，兩個(gè)兩相區(qū)之間必定以單相區(qū)或三相共存水平線隔開。三相共存線和與之接觸的三個(gè)單相區(qū)是點(diǎn)接觸（點(diǎn)接觸除外），得出：兩個(gè)單相區(qū)之間必定有由這兩個(gè)相所組成的兩相區(qū)，兩個(gè)兩相區(qū)之間必定以單相區(qū)或三相共存水平線隔開。三相共存線和與之接觸的三個(gè)單相區(qū)是點(diǎn)接觸,第56頁(yè)/共68頁(yè)第五十七頁(yè)，共69頁(yè)。1.3分析轉(zhuǎn)變類型：分析轉(zhuǎn)變類型：找出三相共存線和與之點(diǎn)接觸的三個(gè)單相找出三相共存線和與之點(diǎn)接觸的三個(gè)單相(dn xin)區(qū)區(qū),根據(jù)它們

38、的位置配置來確定轉(zhuǎn)變類型：如表所根據(jù)它們的位置配置來確定轉(zhuǎn)變類型：如表所示；示；第57頁(yè)/共68頁(yè)第五十八頁(yè)，共69頁(yè)。第58頁(yè)/共68頁(yè)第五十九頁(yè)，共69頁(yè)。如圖，固溶體的性能與溶質(zhì)元素的溶入量有關(guān)，溶質(zhì)濃度如圖，固溶體的性能與溶質(zhì)元素的溶入量有關(guān)，溶質(zhì)濃度 強(qiáng)強(qiáng)度、硬度度、硬度塑性有所降低（固溶強(qiáng)化）。電阻率增大，電阻溫度系塑性有所降低（固溶強(qiáng)化）。電阻率增大，電阻溫度系數(shù)減小。合金固溶體隨溫度下降，會(huì)有二次相析出數(shù)減小。合金固溶體隨溫度下降，會(huì)有二次相析出(xch)。 彌散強(qiáng)化：二次相以細(xì)小粒子，均勻、彌散地在固溶體晶粒中彌散強(qiáng)化：二次相以細(xì)小粒子，均勻、彌散地在固溶體晶粒中析出析出(xch)時(shí)，會(huì)使合金的強(qiáng)度硬度增加，塑性、韌性稍有下降時(shí)，會(huì)使合金的強(qiáng)度硬度增加，