第3章 二元合金

1、金屬學(xué)原理20第3章二元合金純金屬的強(qiáng)度和硬度較低，塑性較好，通常利用其制作承載較小，以冷變形加工成型的各類板材。但對(duì)于承載較大的，要求耐磨的部件，純金屬的力學(xué)性能就達(dá)不到使用要求。為了提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度，工業(yè)上廣泛采用的方法是合金化。在純金屬中加入一種或多種其它元素，形成具有金屬特性的物質(zhì)叫合金。合金中包含的元素稱組元。如FeC合金中的組元是Fe和C。由兩個(gè)組元構(gòu)成的合金稱二元合金。同理，還有三元合金、多元合金等。本章討論二元合

2、金。31相及組織的概念相是指：結(jié)構(gòu)相同，成分和性能無(wú)突變，與其它部分有界面分開的部分。例1：冰水混合物中，水是一個(gè)相，冰是另一個(gè)相，它們結(jié)構(gòu)不同，性能有突變，有界面。例2：往水中逐漸加鹽，在達(dá)到溶解度之前，不論水中的含鹽量多少，我們都認(rèn)為只有一個(gè)鹽水相。但是，當(dāng)超過(guò)溶解度時(shí)，會(huì)有固體鹽沉淀。這時(shí)，鹽水是一個(gè)相，固體鹽是另一個(gè)相。此時(shí)，二者的結(jié)構(gòu)不同，成分和性能有突變，有界面。例3：有一棒狀固溶體，若使固溶體的一端到另一端成分連續(xù)線性增大

3、（梯度材料），但未達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。此時(shí)，只有一個(gè)相，因?yàn)闊o(wú)界面。相反，當(dāng)液體的不同區(qū)域成分有突變時(shí)，存在兩個(gè)相。有界面。純金屬在固態(tài)下，當(dāng)溫度一定時(shí)只有一個(gè)相。在不同溫度下，有的固態(tài)純金屬可能有不同的結(jié)構(gòu)，即同素異構(gòu)體，當(dāng)溫度變化時(shí)，會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變，稱固態(tài)相變。結(jié)晶也屬于相變。在合金中，有的室溫下中只有一個(gè)相，稱單相合金；有的有兩種相，稱兩相合金；有的為多相合金。在合金中，由于成分或形成條件不同，可能有不同的相，相的數(shù)量、形態(tài)及分布也可能

4、不同，形成不同的組織。通常，將用肉眼或放大鏡觀察到的圖象稱宏觀組織，用顯微鏡觀察到的圖象稱顯微組織。組織由組織組成物構(gòu)成。組織組成物是一個(gè)與相、相分布和相形態(tài)有關(guān)的概念。一個(gè)相由于形成條件不同，使其形態(tài)和分布不同，可被看作是不同的組織組成物；不同的相機(jī)械地混合在一起也可被看作是一個(gè)組織組成物。金屬學(xué)原理22100)100(BxxAae???研究發(fā)現(xiàn)，固溶體的電子濃度有其極限值，極限電子濃度與固溶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。如一價(jià)面心立方金屬Cu、Ag、

5、Au為溶劑的固溶體，極限電子濃度約為1.4。顯然，溶質(zhì)的原子價(jià)越高，溶解度越小。（三）間隙固溶體有些原子的半徑很小，與溶劑原子半徑相差很大，不能形成置換固溶體。但是，若這些小原子的尺寸接近溶劑結(jié)構(gòu)的間隙時(shí)，可形成間隙固溶體。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑小于0.1nm的一些非金屬元素，如H（0.046nm）、B（0.097）、C（0.077）、N（0.071）、O（0.06）等。而溶劑都是過(guò)渡族元素。間隙固溶體的溶解度不僅與溶質(zhì)原子

6、大小有關(guān)，也與溶劑結(jié)構(gòu)中的間隙形狀和大小有關(guān)。（四）固溶體的性能固溶體中，隨著溶質(zhì)濃度的增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性下降。稱固溶強(qiáng)化。間隙原子造成的晶格畸變比置換原子大，所以其強(qiáng)化效果也好。固溶體的強(qiáng)度和硬度比純金屬（溶劑）高，塑性比純金屬低。與化合物比較，固溶體的強(qiáng)度和硬度低，塑性好。二、金屬化合物合金中，當(dāng)組元的含量超過(guò)溶解度時(shí)，還可形成金屬化合物?；衔锏姆N類很多，但在相圖中都處在中間位置（固溶體在兩邊），又稱中間相?；衔?/p>

7、的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與組元均不同。金屬化合物的結(jié)合鍵通常是混合鍵，具有一定的金屬性質(zhì)。金屬化合物的種類很多，下面介紹三種。（一）正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物由電負(fù)性差較大的元素構(gòu)成。這類化合物符合化合的原子價(jià)規(guī)律，成分固定不變，可用分子式表示。例子見P67。電負(fù)性差越大，化合物越穩(wěn)定，熔點(diǎn)越高。正常價(jià)化合物具有較高的硬度，脆性較大。（二）電子化合物研究發(fā)現(xiàn)，貴金屬（Au、Ag、Cu）或一些過(guò)渡族金屬與B次族元素之間形成合金時(shí)，隨著成分變化，可形成一