合金的相结构

合金的相结构

合金是由两种或两种以上金属元素，或金属和非金属元素组成的具有金属性质的物质。

组成合金的基本物质称为组元。组元大多是元素，如铁碳合金的主要组元是铁和碳，有时也可以是稳定的化合物。由两个组元组成的合金为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金等。

“组织”是指用肉眼或借助于放大镜、显微镜观察到的材料内部的形态结构。“相”是金属或合金中具有相同化学成分、相同结构并以界面互相分开的各个均匀的组成部分。若合金是由成分、结构都相同的同一种晶粒构成的，则各晶粒虽有界面分开，却属于同一相；若合金是由成分、结构不同的几种

晶粒所构成，它们将属于不同的几种相。一般把固态下的相统称为固相，而液体状态称为液相。

固态合金的相，可分成两大类：固溶体和金属化合物。若相的晶体结构与某一组成元素的晶体结构相同，这种固相称为固溶体；若相的晶体结构与组成合金元素的晶体结构均不相同，这种固相称为金属化合物。

1固溶体

组成合金的元素互相溶解，形成一种与某一元素的晶体结构相同，并包含有其它元素的合金固相，称为固溶体。其中，与合金晶体结构相同的元素称为溶剂，其它元素称为溶质。固溶体一般用α、β、γ……来表示。

（1）置换固溶体

溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体称为置换固溶体，其结构见图2-2-13。

通常，当溶剂与溶质原子尺寸相近，直径差别较小，容易形成置换固溶体；

当直径差别大于15%时，就很难形成置换固溶体了。置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为有规则的排列，称为有序固溶体。两者之间的转变称为固溶体的有序化。这时，合金的某些物理性能将发生很大的变化。

图2-2-13置换固溶体

（2）间隙固溶体

溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体称为间隙固溶体，其中的溶质原子不占据晶格的正常位置，其结构见图2-2-14。

图2-2-14间隙固溶体

2金属化合物

金属化合物是合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。一般可用分子式大致表示其组成。金属化合物一般有

较高的熔点、较高的硬度和较大的脆性。合金中出现化合物时，可提高强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。根据金属化合物的形成规律及结构特点，可将其分为三大类型。

（1）正常价化合物

周期表上相距较远，电化学性质相差较大的两元素容易形成正常价化合物。其特点是符合一般化合物的原子价规律，成分固定，并可用化学式表示。如Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Si、MnS等。

正常价化合物具有高的硬度和脆性。当其在合金中弥散分布于固溶体基体中时，将起到强化相的作用，使合金强化。

（2）电子化合物

电子化合物是由第Ⅰ族或过渡族元素与第Ⅱ至第Ⅴ族元素结合而成的。它们不遵循原子价规律，而服从电子浓度规律。电子浓度是指合金中化合物的价电子数目与原子数目的比值。

电子化合物具有高的熔点和硬度，但塑性较低，一般只能作为强化相存在于

合金特别是有色金属合金中。

电子化合物的结构取决于电子浓度，当电子浓度为3/2时，晶体结构为体心立方晶格，称为β相；电子浓度为21/13时，晶体结构为复杂立方晶格，称为γ相；电子浓度为7/4时，晶体结构为密排六方晶格，称为ε相。

（3）间隙化合物

间隙化合物是由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物。根据组成元素原子半径比值及结构特征的不同，可将间隙化合物分为两类：

a）间隙相

当非金属原子半径与金属原子半径比值小于0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相，如TiC、TiN、ZrC、VC、NbC、Mo2N、Fe2N 等。图2-17是VC的晶格示意图。由图可见，VC为面心立方晶格，V原子占据晶格的正常位置，而C原子则规则地分布在晶格的空隙之中。

间隙相具有极高的熔点、硬度和脆性，而且十分稳定，是高合金工具钢的重要组成相，也是硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成相。

b）具有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的比值大于0.59时，形成具有复杂结构的间隙化合物。如钢中的Fe3C、Cr23C6、Fe4W2C、Cr7C3、Mn3C等。Fe3C称为渗碳体，具有复杂的斜方晶格。

具有复杂结构的间隙化合物也具有很高的熔点、硬度和脆性，但与间隙相相比要稍低一些，加热时也易于分解。这类化合物是碳钢及合金钢中重要的组成相。金属化合物也可以溶入其它元素的原子，形成以金属化合物为基的固溶体。

铜合金分类与牌号普通黄铜的相组成及各相的特性Cu-Zn 二元系相图中的相有α、β、γ、δ、ε、η。黄铜普通黄铜37.5 32.5 36.8 α相：以铜为基的固溶体。α晶格常数随锌含量增加而增大，锌在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加，在456℃时固溶度达最大值(39％Zn)；之后，锌在铜中的溶解度随温度的降低而减少。含锌25％左右合金，存在Cu 3 Zn化合物的两种有序化转变：450℃左右：α无序固溶体→α l 有序固溶体217℃左右：α l 有序固

溶体→α 2 有序固溶体。α相塑性良好，可进行冷热加工，并具有良好焊接性能。β相：以电子化合物CuZn为基的体心立方晶格固溶体。冷却时：468～456℃，无序相β→成有序相β??。β??塑性低，硬而脆，冷加工困难，所以含有β??相的合金不适宜冷加工。但加热到有序化温度以上，β??→β后，又具有良好塑性。β相高温塑性好，可进行热加工。γ相：以电子化合物Cu 5 Zn 8 为基的复杂立方晶格固溶体。硬而脆，难以压力加工，无法应用。工业用黄铜的锌含量均小于46％，避免出现γ相。H70黄铜的铸态组织及变形后退火组织按退火组织，工业用黄铜分为α黄铜和α+β两相黄铜。w Zn ＜36％的α黄铜：H96～H65为单相α黄铜，α黄铜的铸态组织中存在树枝状偏析，枝轴部分含铜较高，不易腐蚀；呈亮色，枝间部分含锌较多，易腐蚀，故呈暗色。变形及再结晶退火后，得到等轴的α晶粒，而且出现很多退火孪晶，这是铜合金形变后退火组织的特点。H62双相黄铜退火α 白+β' 黑α+β黄铜：36～46％Zn，如H62至H59。凝固时发生包晶反应形成β相，凝固后的合金为单相β组织；冷至α+β两相区时，自β相中析出α相，残留的β相冷至有序转变温度时(456℃)，β 无序相转变为β??有序相，室温下合金为α+β??两相组织。铸态α+β??黄铜，α相呈亮色(因含锌少，腐蚀浅), β??相呈黑色(因含锌多，腐蚀深)。经变形和再结晶退火后，α相具有挛晶特征。普通黄铜性能变化与锌含量的关系物理性能：普通黄铜密度随w Zn 增加而下降，而线膨胀系数随w Zn 增加而上升。电导率、热导率在α区随w Zn 增加而下降；w Zn ≥39％，合金中出现β，电导率又上升，w Zn 为50％时达峰值。力学性能：w Zn <30％时，随w Zn 增加，Rm和A同时增大，对固溶强化的合金来说，这种情况是极少有的，w Zn 在30～32%时，A达最大值。之后，随β??相的出现、增多，塑性急剧下降；Rm 则一直增加，并当w Zn ≈45％时，Rm 值达最大。

w Zn ＞45％，α相全部消失，组织为硬脆的β??相，导致Rm急剧下降。变形和退火后的性能：α相随w Zn 增加，其强度、塑性均增加；当w Zn 为30％时，塑性最好，适于深冲压和冷拉，大量用于制造炮弹壳，H70黄铜又称为“炮弹黄铜”。β相强度更高，但室温下呈有序状态，塑性很低。γ相在室温下则更硬而脆。α黄铜在200～600℃温度范围内均存在中温低塑性区。这是微量杂质(铅、锑、铋等)所致，这些杂质与铜生成低熔点共晶并凝聚在晶界上，形成低熔点共晶薄膜，从而造成热加工过程的“热脆”。黄铜的塑性会随温度升高而重新显著增加，因这些杂质在高温时的溶解度明显增加。脆性区温度范围与锌含量有关。加入微量混合稀土或锂、钙、锆、铈等可与杂质形成高熔点化合物的元素，均有效减轻或消除杂质的有害影响，从而消除热脆性。如铈与铅、铋形成Pb 2 Ce及Bi 2 Ce等高熔点化合物。黄铜的热加工应在高于脆性区的温度下进行；α+β黄铜室温塑性较低，只能热变形、要加热到β相区热轧，但温度不能太高，因β相长大得快，以保留少量α相为宜，利用残留α相限制β晶粒长大。所以，热变形温度通常选择在(α+β)／β相变温度附近。黄铜在大气、淡水或蒸汽中耐蚀性好，腐蚀速度约为0.0025～0.025mm/a；在海水中的腐蚀速度为0.0075～0.1mm／a。脱锌和应力腐蚀破坏(季裂)是黄铜最常见的两种腐蚀形式。脱锌：出现在含锌较高的α黄铜、特别是α+β黄铜中。锌电极电位远低于铜，在中性盐水溶液中锌首先被溶解，铜呈多孔薄膜残留在表面，并与表面下的黄铜组成微电池，使黄铜成为阳极而被加速腐蚀。加入0.02～0.06％As可防止脱锌。应力腐蚀：即“季裂”或“自裂”，指黄铜产品存放期间产生自动破裂的现象。它是产品内残余应力与腐蚀介质氨、SO 2 及潮湿空气的联合作用产生的。黄铜含Zn量越高，越易自裂。为避免黄铜自裂，所有黄铜冷加工制品或半制品，均需进行低温(260～300℃)退火来消除

制品在冷加工时产生的残留内应力。此外，在黄铜中加人0.02～0.06％As或1.0～1.5％Si也能明显降低其自裂倾向。普通黄铜中杂质：铅、铋、锑、磷、砷和铁等。铅：在α单相黄铜中是有害杂质，由于它熔点低，几乎不溶于黄铜中，所以它主要分布在晶界上。铅含量大于0.03％时，黄铜在热加工时出现热脆；但对冷加工性能无明显影响。在α+β两相黄铜中，铅的允许含量可比α黄铜高一些，因为两相黄铜在加热和冷却过程中，会发生固态相变，使铅大部分转入晶内，减轻有害影响。少量铅可提高两相黄铜的切屑性能，使加工件表面获得高的光洁度。铋：呈连续脆性薄膜分布在黄铜晶界上，既产生热脆性，又产生冷脆性，对黄铜的危害性远比铅为大，在α及α+β黄铜中要求≯0.002％Bi。减轻Pb和Bi有害影响的有效途径是加入能与这些杂质形成弥散的高熔点金属化合物的元素，如Zr可分别与Pb、Bi 形成高熔点稳定化合物ZrxPby(2000℃)和ZrxBiy。(熔点2200℃)。锑：随温度下降，锑在α黄铜中溶解度急剧减小；在锑含量小于0.1％时，就会析出脆性化合物Cu 2 Sb，呈网状分布在晶界上，严重损害黄铜的冷加工性能。锑还促使黄铜产生热脆性，因锑在固态铜中的共晶温度为645℃，所以，锑是黄铜中的有害杂质。加入微量锂可与锑形成高熔点的Li 3 Sb(熔点1145℃)，从而减轻锑对黄铜塑性的有害影响。砷：室温时砷在黄铜中的溶解度<0.1％，过量的砷则产生脆性化合物Cu 3 As，分布在晶界上，降低黄铜塑性。黄铜中加入0.02～0.05％As，可防止黄铜脱锌。砷使黄铜制品表面形成坚固的保护膜，提高黄铜对海水的耐蚀性。普通黄铜性能变化规律其导电、导热性随Zn含量的增加而下降，而机械性能(抗拉强度、硬度)则随Zn含量的增加而上升；二元黄铜在工业上的应用，主要根据其性能来选择。H96、H90和H85：良好的电导率、热导率和耐蚀性，有足够的强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、

散热管、散热片、冷却设备及导电零件等。H70、H68：高的塑性和较高的强度，冷成型性能特别好，适于用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件。H62：α+β黄铜，高的强度，在热态下塑性良好；冷态下塑性也比较好，切削加工性好，耐蚀，易焊接，以板材，棒材、管材、线材等供工业大量使用，应用广，有“商业黄铜”之称。H59：强度高；含锌量高，能承受热态压力加工，有一般的耐蚀性，多以棒材和型材应用于机械制造业。代号化学成分, % 机械性能Cu Zn 加工状态Rm MPa A % HB H96 95~97 余量退火250 35 －H80 79~81 余量退火270 50 －H68 67~70 余量退火300 40 －H59 57~60 余量退火变形300 420 25 5 －103 铜锌合金中加入少量锡、铝、锰、铁、硅、镍、铅等元素，构成多元合金，即为复杂黄铜。加入的合金元素使铜锌系中的α／(α+β)相界向左移动(缩小α区) 或向右移动(扩大α区)。即：“复杂黄铜组织=增加或减少锌含量的简单黄铜组织”。铜锌合金中加入1％硅后的组织，即相当于铜锌合金中增加10 ％锌的组织，即称硅的“锌当量系数”为10。硅的锌当量系数为正值，急剧缩小α区。若在铜锌合金中加入1％镍，则合金的组织相当于合金中减少1.5％锌的合金组织，故镍的“锌当量系数”为－1.5，镍的锌当量系数是负值，使α区扩大。铜锌合金加入其它元素后产生的相区变化，可根据“虚拟锌含量”来推算。如：HAl66-6-3-2(66Cu-6Al-3Fe －2Mn，余为锌)的“虚拟锌含量”为48.6％，48.6％Zn的合金具有单相β组织。复杂黄铜复杂黄铜中的α相及β相是多元复杂固溶体，其强化效果较大，而普通黄铜中的α及β相是简单的Cu-Zn固溶体，其强化效果较低。锌当量相同，多元固溶体与简单二元固溶体的性质不同。⑴铅的作用及铅黄铜：铅提高黄铜的切削性能，使零件获得高的光洁度，同时提高合金的耐磨性。单相α铅黄铜可冷轧或热挤，而(α+β)两相铅黄铜只能热轧、热挤。为了改善热脆性，HPb59-1

中加入0.005％稀土，可细化晶粒，使Pb分布均匀，或加入0.1％Al，可显著改善热脆性，提高热轧温度上限，使铅黄铜可在720～750℃进行热轧。铅黄铜有极好的切削性能，耐磨、高强、耐蚀、导电性好，它以棒材，扁材、带材等广泛供应汽车、拖拉机、钟表、电器等工业，用以制作各种螺丝、螺母、电器插座、钟表零件等。复杂黄铜的性能⑵锡的作用及锡黄铜：锡抑制黄铜脱锌，提高黄铜耐蚀性。锡黄铜在淡水及海水中均耐蚀，故称“海军黄铜”。加入0.02～0.05％As可进一步提高耐蚀性。锡还能提高合金的强度和硬度，常用锡黄铜含1％Sn，含锡量过多会降低塑性。锡黄铜热、冷压力加工性能好。但HSn70-1在热压力加工时易裂，需要严格控制杂质含量(如Pb≯0.03％)，铜取上限(71％)，锡取下限(1.0～l.2％)，这样，在700～720℃热轧或670～720℃热挤，可获得良好效果。锡黄铜主要用于海轮、热电厂制作高强，耐蚀冷凝管、热交换器，船舶零件等。⑶铝的作用及铝黄铜黄铜中加入少量铝能在合金表面形成坚固的氧化膜，提高合金对气体、溶液、高速海水的耐蚀性；铝的锌当量系数高，形成β相的趋势大，强化效果高，能显著提高合金的强度和硬度。铝含量增高时，将出现γ相，剧烈降低塑性，使晶粒粗化。为了使合金能进行冷变形，铝含量应低于4％。含2％Al、20％Zn的铝黄铜，其热塑性最高。加入0.05 ％As及0.01％Be或0.4％Sb及0.01％Be可进一步提高铝黄铜的抗脱锌腐蚀能力。HAl77－2用量最大，主要是制成高强、耐蚀的管材，广泛用做海船和发电站的冷凝器等。铝黄铜的颜色随成分而变化，通过调整成分，可获得金黄色的铝黄铜，作为金粉涂料的代用品。⑷锰的作用及锰黄铜：锰起固溶强化作用，少量的锰可提高黄铜的强度、硬度。锰黄铜能较好地承受热、冷压力加工。锰能显著升高黄铜在海水、氯化物和过热蒸汽中的耐蚀性。锰黄铜、特别是同时加有铝、锡或铁的锰黄铜广泛用于造船及军

工等部门。Cu-Zn-Mn系合金的颜色与含锰量有关，随Mn量的增加，其颜色逐靳由红变黄，由黄变白，含63.5％Cu，24.5％Zn，12％Mn的黄铜，具有良好的机械性能、工艺性能和耐蚀性，已部分地代含镍白铜应用于工业上。组别代号主要化学成分, % 机械性能(变形) Cu 其它Rm MPa A % HB Pb黄铜HPb 63-3 HPb 60-1 62.0~65.0 59.0~61.0 Pb 2.4~3.0 Pb 0.6~1.0 600 610 5 4 －－Sn黄铜HSn 90-1 HSn 62-1 88.0~91.0 61.0~63.0 Sn 0.25~0.75 Sn 0.7~1.1 520 700 5 4 148 －Al黄铜HAl77-2 76.0~79.0 Al 1.8~2.6 650 12 170 Si黄铜HSi 65-1.5-3 63.5~66.5 Si 1.0~2.0 Pb 2.5~3.5 600 8 160 Mn黄铜Fe黄铜HMn 58-2 HFe 59-1-1 57.0~60.0 57.0~60.0 Mn 1.0~1.2 Fe 0.6~1.2 700 700 10 10 175 160 Ni黄铜HNi 65-5 64.0~67.0 Ni 5.0~6.5 700 4 －除黄铜、白铜之外的铜合金统称青铜，是由Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ti等与铜组成的铜合金。锡青铜：其主要合金成分是锡。特殊青铜（无锡青铜）：其主要成分为除锡外的其它合金元素。青铜按主添元素（如Sn、Al、Be等）分别命名为锡青铜、铝青铜、铍青铜等。以“Q+主加元素符号+除铜外的成分数字组”表示。QSn6.5-0.l：6.5%Sn、0.1％P，余为铜的锡青铜QAl10-3-1.5：10％A1、3％Fe、1.5％Mn，余为铜的铝青铜。青铜最古老的铜合金。用于鼎、钟、武器、铜镜等。耐蚀、耐磨、弹性好和铸件体积收缩率小等。锡青铜有三大用途：⑴高强、弹性材料：如弹簧、弹片、弹性元件。⑵耐磨材料：如滑动轴承的轴套、齿轮等耐磨零件。⑶铸件体积收缩小、耐蚀，用来制作艺术铸件，如铜像等。二元锡青铜的组织铜锡相图中有两个包晶反应和三个共析反应。δ相：γ相在520℃时的共析分解产物。δ在350℃分解成α+ε相。β、γ为高温相，随温度降低而分解，因此，在一般条件下它们实际上不可能出现。δ相分解速度慢，即使在20％锡以下的合金中，不存在ε相。锡青铜实际存在的组织为：

⑴低锡合金(QSn4-0.3和QSn4-3)，变形和退火后为α固溶体组织。⑵高锡合金，由α固溶体和共析体α+δ组成。锡青铜ZQSn-10 铸态α +（α+δ）共析富锡α相富铜α相二元锡青铜的性能⑴铸造性能：铜锡合金结晶温度间隔可达150～160℃，流动性差；锡在铜中扩散慢，熔点相差大，枝晶偏析严重，枝晶轴富铜，呈黑色；基底富锡，呈亮色。铸锭在进行压力加工前要进行均匀化退火，并经多次压力加工和退火后，才基本上消除枝晶偏析。锡青铜凝固时不形成集中缩孔，只形成沿铸件断面均匀分布在枝晶间的分散缩孔，所以，铸件致密性差，在高压下容易渗漏，不适于铸造密度和气密性要求高的零件。锡青铜线收缩率为1.45～1.5％，热裂倾向小，利于获得断面厚薄不均、尺寸要求精确的复杂铸件和花纹清晰的工艺美术品。锡青铜存在“反偏析”：凝固时铸件富锡的易熔组分在体积收缩和析出气体的作用下，由中心向表面移动，使铸件心部锡含量低于表面的现象。“反偏析”明显时，铸件表面出现灰白色斑点或析出物形状的所谓“锡汗”。这些脆性析出物含锡15～18％，由δ相组成。⑵机械性能：锡青铜的性能与含锡量及组织有关。在α相区，Sn含量增加，Rm及塑性均增大，在大约10％Sn附近，塑性最好，在21～23％Sn 附近Rm最大。δ相(Cu 3l Sn 8 )硬而脆，随着δ相增多，Rm升高，其后急剧下降。工业用合金中，锡的含量为3～14％；变形合金含锡＜8％，且含磷、锌或铅等。⑶抗蚀性能：锡青铜在大气、水蒸气和海水中具有很高的化学稳定性，在海水中的耐蚀性比紫铜、黄铜优良。所以，对暴露在海水、海风和大气中的船舶和矿山机械，广泛应用锡青铜铸件。但盐酸、硝酸、钠碱溶液、氨溶液及甲醇溶液强烈腐蚀锡青铜。二元锡青铜易偏析，不致密，机械性能得不到保证，故很少应用。为了改善二元锡青铜的工艺和使用性能，工业用锡青铜都分别加有锌、磷、铅、镍等元素，组成多元锡青铜。①磷的作用及锡磷青

铜锡青铜熔炼时用磷脱氧，微量磷（0.3％）能有效地提高合金的机械性能。压力加工锡磷青铜，含磷量不超过0.4％，此时锡青铜力学和工艺性能最好，有高的弹性极限、弹性模量和疲劳极限(100×10 6 次循环时达250～280MPa)，用于制作弹簧、弹片及弹性元件。磷在锡青铜中溶解度小，且随锡含量增加、温度降低，溶解度显著减小；室温时磷在锡青铜中的极限溶解度为0.2％左右。含磷过多将形成628℃的三元共晶α+δ+Cu 3 P，在热轧时磷化物共晶处于液态，造成热脆。磷增加流动性，但加大反偏析程度。磷化物硬度高，耐磨。磷化物+δ相作硬质相，为轴承合金创造了所必需的条件，所以在铸造耐磨锡青铜中，磷含量可达1.2％。合金元素的作用及各种锡青铜的性能②锌的作用及锡锌青铜：锌缩小锡青铜的结晶温度间隔，减少偏析，提高流动性，促进脱氧除气，提高铸件密度。锌能大量溶入α固溶体中，改善合金的机械性能。含锌加工锡青铜均具有单相α固溶体组织（如QSn4-3）；锡锌青铜的含锌量在2～4％时，具有良好的机械性能和抗蚀性能，用于制造弹簧、弹片等弹性元件、化工器械、耐磨零件和抗磁零件等。③铅的作用及锡铅青铜：铅不固溶于青铜，以纯组元存在，呈黑色夹杂物分布在枝晶之间，可改善切削和耐磨性。含铅低时(如1～2％)主要改善切削性，含铅高时(4～5％)用作轴承材料，降低摩擦系数。所以锡铅青铜用以制造耐蚀、耐磨、易切削零件或轴套、轴承内衬等零件。微量Zr、B、Ti可细化晶粒，改善锡青铜的机械性能和冷热加工性能。As、Sb、Bi降低锡青铜塑性，对冷热加工有害。简单铝青铜：只含铝的为简单铝青铜。复杂铝青铜：除铝外另含铁、镍、锰等其它元素的多元合金。含Al小于7％的合金在所有温度下均具有单相α固溶体组织。α相塑性好，易加工。实际生产条件下，7～8％Al的合金组织中便有α+γ 2 共析体。γ 2 是硬脆相(520HV)，它使硬度、强度升高，塑性下降。含9.4～15.6％Al

的合金缓慢冷却到565℃时，发生β→α+γ 2 转变，形成共析体组织。(α+γ 2 )共析体组织与退火钢中的珠光体相似，具有明显的片层状特征。β单相区快速淬火时，共析转变受阻，此时的相变过程为：无序β→有序β 1 →β 1 ??。Cu-Al 系的马氏体是热弹性马氏体，具有形状记忆效应。但在Al浓度高的Cu-Al二元系合金中，即使快速淬火也不能阻止γ 2 相的析出，不出现热弹性马氏体相变，所以添加Ni抑制Cu或A1的扩散，使β相稳定，以便通过淬火获得热弹性马氏体。铝青铜二元铝青铜的性能(1)机械性能：其强度和塑性随铝含量的增加而升高，塑性在铝含量4％左右达最大值，其后下降，而强度在10％Al左右达最大值。工业铝青铜含铝量在5～11％范围内。铝青铜具有机械性能高、耐蚀、耐磨、冲击时不发生火花等优点。α单相合金塑性好，能进行冷热压力加工。(α+β)合金能承受热压力加工，但主要用挤压法获得制品，不能进行冷变形。(2)铸造性能：铝青铜结晶温度间隔仅10～80℃，流动性好，不形成分散缩孔，易得致密铸件，成分偏析也不严重。但易生成集中缩孔，易形成粗大柱状晶，使压力加工变得困难。为防止铝青铜晶粒粗大，除严格控制铝含量外，还用复合变质剂(如Ti+V+B 等)细化晶粒。加Ti和Mn能有效改善其冷、热变形性能。

(3)耐蚀性：铝青铜的耐蚀性比黄铜、锡青铜好，在大气、海水和大多数有机酸(柠檬酸、醋酸、乳酸等)溶液中均有很高的耐蚀性J在某些硫酸盐，苛性碱、酒石酸等溶液中的耐蚀性也较好。QAL10 铸态α(白色)+(α+γ 2 )共析(黑色) QAL10 固溶处理930℃淬火β 1 '(相当于M) 合金元素的影响(1)锰: 显著降低铝青铜β相的共析转变温度和速度，稳定β相，推迟β→(α+γ 2 )，避免“自发回火”脆性。溶解于铝青铜中的锰，可提高机械性能和耐蚀性。0.3～0.5％Mn能减少热轧开裂，提高成品率，改善冷、热变形能力。(2)铁: 少量铁能溶于锡青铜α固溶体中，显著提高机械性能；含

量高时以Fe 3 Al析出，使机械性能变坏，抗蚀性恶化，铝青铜中Fe 加入量不超过5％。Fe能细化晶粒，阻碍再结晶，加入0.5～1％的Fe就能使单相或两相铝青铜的晶粒变细。Fe能使铝青铜中的原子扩散速度减慢，增加β相的稳定性，抑制引起合金变脆的β→(α+γ 2 )自行回火现象，显著减少合金的脆性。(3)镍：显著提高铝青铜的强度、硬度、热稳定性、耐蚀性和再结晶温度。加Ni的铝青铜可热处理强化，Cu-14Al-4Ni(重量％)为具有形状记忆效应的合金。铝青铜中同时添加镍和铁，能获得更佳的性能。含8～12％Al，4～6 ％Ni，4～6％Fe的Cu-Al-Ni-Fe四元合金，其组织中会出现K相：当w Ni ＞w Fe 时，K相呈层状析出；当w Ni ＜w Fe 时，K相呈块状；当w Ni ≈w Fe 时，K相为均匀分散细粒状，有利于得到很好的机械性能。工业铝青铜QAl10-4-4中Fe、Ni含量相等，在500℃的抗拉强度比锡青铜在室温的强度还高。改变时效温度可以调整其强度和塑性之间的配合。含镍和铁的铝青铜作为高强度合金在航空工业中广泛用来制造阀座和导向套筒，也在其它机器制造部门中用来制造齿轮和其它重要用途的零件。镀青铜即含1.5～2.5％Be的铜合金。淬火时效强度高，Rm达1250～1500MPa，硬度350～400 HB。弹性极限高(700～780MPa)，弹性稳定性好，弹性滞后小，耐蚀、耐磨、耐寒、耐疲劳，无磁性，冲击不发生火花，导电、导热性能好，所以，铍青铜的综合性能优良。铍青铜用作高级弹性元件(如弹簧、膜片，手表的游丝)，特殊要求的耐磨元件，高速，高压下工作的轴承、衬套、齿轮等。CuBe为基的有序固溶体，低温稳定相，室温硬而脆。铍青铜相组成及其特性α、γ l 、γ 2 三个单相区α：以铜为基的臵换固溶体，面心立方晶格，有良好的塑性，可冷热变形。铍原子半径(111.3pm)比铜(127.8pm)小，造成严重晶格歪扭。α相有明显溶解度变化，866℃（2.7％），605℃（1.55％），室温（0.16％）。有强烈的时效强

化效应。γ 1 ：以电子化合物Cu 2 Be为基的无序固溶体，体心立方结构，高温塑性好，淬火到室温，塑性好，可冷变形。γ 1 相在缓冷时发生共析分解。γ 2 ：电子化合物。铍青铜的淬火和时效在760～790℃固溶处理，保温时间为8～15min。为防止固溶体冷却时分解，常用水淬。淬火后冷变形30～40％再进行时效。

普通黄铜的相组成及各相的特性 Cu-Zn二元系相图中，固态下有α、β、γ、δ、ε、η六个相。

α相是以铜为基的固溶体，其晶格常数随锌含量的增加而增大，锌在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加，在456℃时固溶度达最大值(39％Zn)；之后，锌在铜中的溶解度随温度的降低而减少。含锌量为25％左右的α相区，存在Cu3Zn化合物的两种有序化转变，采用X射线、电阻、差热分析等方法测定发现：在450℃左右α无序固溶体转变为αl有序固溶体，在217℃左右，αl有序固溶体转变为α2有序固溶体。α固溶体具有良好的塑性，可进行冷热加工，并有良好的焊接性能。

β相：以电子化合物CuZn为基的体心立方晶格固溶体。冷却过程中，在468～456℃温度范围，无序相β转变成有序相β′。β′相塑性低，硬而脆，冷加工困难，所以含有β′相的合金不适宜冷加工。但加热到有序化温度以上，β′→β后，又具有良好塑性。β相高温塑性好，可进行热加工。

γ相是以电子化合物Cu5Zn8为基的复杂立方晶格固溶体，硬而脆，难以压力加工，工业上不采用。所以，工业用黄铜的锌含量均小于46％，不含γ相。工业用黄铜，按其退火组织可分为α黄铜和α+β两相黄铜。β黄铜只用作焊料。

WZn＜36％的α黄铜：H96～H65为单相α黄铜，α黄铜的铸态组织中存在树枝状偏析，枝轴部分含铜较高，不易腐蚀；呈亮色，枝间部分含锌较多，易腐蚀，故呈暗色。变形及再结晶退火后，得到等轴的α晶粒，而且出现很多退火孪晶，这是铜合金形变后退火组织的特点。

α+β两相黄铜含36～46％Zn，H62至H59均属于此。凝固时发生包晶反应形成β相，凝固完毕，合金为单相β组织，当冷至α+β两相区时，α相自β相析出，残留的β相冷至有序转变温度时(456℃)，β无序相转变为β′有序相，室温下合金为α+β′两相组织。铸态α+β′黄铜，α相呈亮色(因含锌少，腐蚀浅), β′相呈黑色(因含锌多，腐蚀深)。经变形和再结晶退火后，α相具有挛晶特征，β′相则没有。

普通黄铜性能变化与锌含量的关系

物理性能：二元黄铜的密度随锌含量的增加而下降，而线膨胀系数则随锌含量的增加而上升。电导率、热导率在α区随锌含量的增加而下降，但锌含量在39％以上，合金出现β时，电导率又上升，锌含量达50％时达峰值。

力学性能：WZn<30％时，随锌含量的增加，ζb和δ同时增大，对固溶强化的合金来说，这种情况是极少有的，锌含量在30～32%范围时，δ达最大值。之后，随β′相的出现和增多，塑性急剧下降。而ζb则一直增长到锌含量45％附近，当锌含量为45％时，ζb值最大。锌含量超过45％，由于α相全部消失，而为硬脆的β′相所取代，导致ζb急剧下降。

变形和退火后的性能：α相随锌含量的增加其强度、塑性均增加。当锌含量为30％时，塑性最好，适于深冲压和冷拉，大量用于制造炮弹壳，所以H70黄铜有“炮弹黄铜”之称。β相强度更高，但室温下呈有序状态，塑性很低。γ相在室温下则更硬而脆。α黄铜具有良好的塑性，适于冷、热加工。所有黄铜在200～600℃温度范围内均存在中温低塑性区，这主要是微量杂质(铅、锑、铋等)的影响，它们与铜生成低熔点共晶而最后凝聚在晶界上，形成低熔点共晶薄膜，从而造成热加工过程的“热脆”。然而黄铜的塑性会随温度升高而重新显著增长，表明这些杂质在高温时的溶解度明显增加。脆性区温度范围与锌含量有关，具体温度要看含锌量而言，如H90、H80，HPb59－1等的低塑性区。加入微量混合稀土或锂。钙、锆、铈等能与杂质形成高熔点化合物的元素，均能有效减轻或消除杂质的有害影响，从而消除热脆性。如加铈能与铅和铋形成Pb2Ce及Bi2Ce等高熔点化合物。

黄铜的热加工一般应在高于脆性区的温度进行，α+β黄铜室温塑性较低，只能热变形、要加热到β相区热轧，但温度不能太高，因β相长大得快，以保留少量α相为宜，利用残留α相限制β晶粒长大。所以，热变形温度通常选择在(α+β)／β相变温度附近。黄铜在大气、淡水或蒸汽中有很好的耐蚀性，腐蚀速度约为0.0025～0.025mm/a，在海水中的腐蚀速度略有增加，约为0.0075～0.1mm／a。脱锌和应力腐蚀破坏(季裂)是黄铜最常见的两种腐蚀形式。

脱锌：出现在含锌较高的α黄铜、特别是α+β黄铜中。锌电极电位远低于铜，电极电位低的锌在中性盐水溶液中首先被溶解，铜则呈多孔薄膜残留在表面，并与表面下的黄铜组成微电池，使黄铜成为阳极而被加速腐蚀。加0.02～0.06％As可防止脱锌。

应力腐蚀：即“季裂”或“自裂”，指黄铜产品存放期间产生自动破裂的现象。这种现象是产品内的残余应力与腐蚀介质氨、SO2及潮湿空气的联合作用产生的。黄铜含Zn量越高，越容易自裂。

为避免黄铜自裂，所有黄铜冷加工制品或半制品，均需进行低温(260～300℃)退火来消除制品在冷加工时产生的残留内应力。此外，在黄铜中加人0.02～0.06％As或1.0～1.5％Si也能明显降低其自裂倾向。

普通黄铜中杂质：铅、铋、锑、磷砷和铁等。

铅：Pb在α单相黄铜中是有害杂质，由于它熔点低，几乎不溶于黄铜中，所以它主要分布在晶界上。铅含量大于0.03％时，黄铜在热加工时出现热脆；但对冷加工性能无明显影响。在α+β两相黄铜中，铅的容许含量可比α黄铜高一些，因为两相黄铜在加热和冷却过程中，会发生固态相变，使铅大部分转入晶内，减轻有害影响。少量铅可提高两相黄铜的切屑性能，使加工件表面获得高的光洁度。

铋：Bi呈连续脆性薄膜分布在黄铜晶界上，既产生热脆性，又产生冷脆性，对黄铜的危害性远比铅为大，在α及α+β黄铜中要求≯0.002％Bi。减轻Pb和

Bi有害影响的有效途径是加入能与这些杂质形成弥散的高熔点金属化合物的元素，如Zr可分别与Pb、Bi形成高熔点稳定化合物ZrxPby(2000℃)和ZrxBiy。(熔点2200℃)。

锑：Sb随温度下降，锑在α黄铜中溶解度急剧减小；在锑含量小于0.1％时，就会析出脆性化合物Cu2Sb，呈网状分布在晶界上，严重损害黄铜的冷加工性能。锑还促使黄铜产生热脆性，因锑在固态铜中的共晶温度为645℃，所以，锑是黄铜中的有害杂质。加入微量锂可与锑形成高熔点的Li3Sb(熔点1145℃)，从而减轻锑对黄铜塑性的有害影响。

砷：As室温时砷在黄铜中的溶解度<0.1％，过量的砷则产生脆性化合物Cu3As，分布在晶界上，降低黄铜塑性。黄铜中加入0.02～0.05％As，可防止黄铜脱锌。砷使黄铜制品表面形成坚固的保护膜，提高黄铜对海水的耐蚀性。

黄铜棒、黄铜管、黄铜排、黄铜带、H62黄铜线、H62黄铜带、H62黄铜管、H62黄铜板、H62黄铜棒、H65黄铜线、H65黄铜带、H65黄铜板、H68黄铜线、H68黄铜带、H68黄铜管、H68黄铜棒

普通黄铜的成分、性能和用途：二元黄铜性能变化规律：其导电、导热性随Zn含量的增加而下降，而机械性能(抗拉强度、硬度)则随Zn含量的增加而上升；二元黄铜在工业上的应用，主要根据其性能来选择。

H96、H90和H85：良好的电导率、热导率和耐蚀性，有足够的强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、散热管、散热片、冷却设备及导电零件等。

H70、H68：高的塑性和较高的强度，冷成型性能特别好，适于用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件。

二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章 二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。 2．合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。 3．固溶体的定义是 在固态条件下，一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4．Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。C 、N 则形成 间隙 固溶体。 5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要 差 些。 6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7．共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ，其反应式为 L →a+β 8．匀晶反应的特征是 ，其反应式为 9．共析反应的特征是 ，其反应式为 10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体，按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体 11．合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种，前者具有较高的 塑性变形 性能，适合于做 基体 相；后者有较高的 高硬度 性能，适合于做 增强 相 12．看图4—1，请写出反应式和相区： ABC 包晶反应 B A C L γα?+ ；DEF 共晶反应 F D C L βγ+? ；GHI 共析反应 I G H βαγ+? ； ① L +α ；② γα+ ；③βα+ ；④ βγ+ ；⑤ L +γ ；⑥ β+L ； 13．相的定义是 ，组织的定义是 14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同，而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。 15．根据图4—2填出： 水平线反应式 E C D βαγ+? ；有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。 液相线 ，固相线 ， 固溶线 CF 、 EG

合金的晶体结构.

合金的晶体结构 合金是由两种或两种以上的金属元素与非金属组成的具有金属特性的物质。例如碳钢是铁和碳组成的合金。 组成合金的最基本的、独立的物质称为组元,简称为元。一般来说,组元就是组成合金的元素。例如铜和锌就是黄铜的组元。有时稳定的化合物也可以看作组元,例如铁碳合金中的Fe3C就可以看作组元。通常,由两个组元组成的合金称为二元合金,由三个组元组成的合金称为三元合金。 相是指合金中成分、结构均相同的组成部分,相与相之间具有明显的界面。 通常把合金中相的晶体结构称为相结构,而把在金相显微镜下观察到的具有某种形态或形貌特征的组成部分总称为组织。所以合金中的各种相是组成合金的基本单元,而合金组织则是合金中各种相的综合体。 一种合金的力学性能不仅取决于它的化学成分,更取决于它的显微组织。通过对金属的热处理可以在不改变其化学成分的前提下改变其显微组织,从而达到调整金属材料力学性能的目的。 根据构成合金的各组元之间相互作用的不同,固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。 1.固溶体 合金在固态下,组元间仍能互相溶解而形成的均匀相,称为固溶体。形成固溶体后,晶格保持不变的组元称溶剂,晶格消失的组元称 溶质。固溶体的晶格类型与溶剂组元相同。 根据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置的不同,可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两种。

(1置换固溶体 溶质原子代替溶剂原子占据溶剂晶格中的某些结点位置而形成的固溶体,称为置换固溶体。 置换固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两类。 形成置换固溶体时,溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取决于两者晶格类型、原子直径的差别和它们在周期表中的相互位置。 (2间隙固溶体 溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体称为间隙固溶体。 由于晶格间隙通常很小,所以都是由原子半径较小的非金属元素(如碳、氮、氢、硼、氧等溶入过渡族金属中,形成间隙固溶体。 (3固溶体的性能 由于溶质原子的溶入,固溶体发生晶格畸变,变形抗力增大,使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。它是强化金属材料的重要途径之一。 2.金属化合物 金属化合物是合金组元间发生相互作用而生成的一种新相,其晶格类型和性能不同于其中任一组元,又因它具有一定的金属性质,故称金属化合物。如碳钢中的Fe3C、黄铜中的CuZn等。 金属化合物大致可分为正常化合物、电子化合物及间隙化合物。 金属化合物具有复杂的晶体结构,熔点较高,硬度高,而脆性大。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时,将使合金的强度、硬度及耐磨性明显提高,这一现象称为弥散强化。因此金属化合物在合金中常作为强化相存在。它是许多合金钢、非铁金属和硬质合金的重要组成相。

金属与合金的晶体结构

第二章金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构 一、晶体结构的基本知识 1、晶体与非晶体 晶体——原子规则排列的集合体 非晶体——原子无规则堆积的集合体 晶体特征：固定的熔点，各向异性 2、晶格与晶胞 晶格：把晶体中原子看成几何点，用假象的直线连接后得到的三维格架晶胞：晶格中能全面反映原子排列规律的最小几何单元 3、晶面与晶向晶格常数：晶胞的棱边长度 晶面：晶格中各方位的原子面 晶向：任意两个原子连线所指的方向 第二节纯金属的实际晶体结构 α-Fe [100] E=135000N/mm2 [111] E=290000 N/mm2 实际测定 E=210000 N/mm2 一、多晶体结构 单晶体：各部分位向完全一致的晶体（各向异性）多晶体：许多位向不同的单晶体的聚合体（各向同性）晶粒：多晶体中外形不规则的小晶体晶界：晶粒之间的界面 二、晶体缺陷 1、点缺陷——空位和间隙原子 点缺陷→导致晶格畸变→强度↑，硬度↑ 空位和间隙原子都处于运动和变化之中，是原子扩散主 要方式之一。温度↑，空位↑ 2、线缺陷——位错 位错——整排原子有规律错排位错密度ρ=L / V (cm-2)

增加或减小，可以提高强度 3、面缺陷——晶界、亚晶界晶界处：晶格畸变→强度高 原子能量高→熔点低，易腐蚀，原子扩散快 晶粒细→晶界面积大→强度高 亚晶界：晶粒内小位向差（1-2°）的晶块（亚晶粒亚结构）边界 第三节合金的晶体结构合金的基本概念 合金：由两种或两种以上金属，或金属与非金属组成，具有金属性质的物质。 组元：组成合金的基本物质。 相：结构相同，成分相近，与其它部分有界面分开的部分 单相合金：固态下由一个固相组成的合金 多相合金：固态下由两个以上固相组成的合金 组织：相的聚合体。 ( 单相组织，多相组织，) 二、合金的相结构 合金相结构——固溶体和金属化合物。 1、固溶体 固溶体：一种元素的原子溶入另一种元素中形成的合金相。溶剂——保持原晶体结构的元素溶质——失去原晶体结构的元素 有限固溶体：溶解度有一定限度——有限互溶 无限固溶体：溶解度无一定限度——无限互溶（晶体结构相同原子直径相近）固溶体分类： 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格的某些结点 间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格的间隙中 固溶强化——溶质溶入固溶体，导致晶格畸变，引起强度和硬度升高 (仍保持良好的塑性和韧性) 2、金属化合物 特征： ?有金属性质 ?晶体结构不同于任何组元 ?成分可用分子式表示Fe3C 性能：硬，脆，熔点高 弥散强化（第二相强化）： 当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上， 可使合金的强度↑↑，硬度↑↑，耐磨性↑↑ 调整合金性能的途径： ?改善固溶体溶解度 ?改变化合物形状、数量、大小、分布

最新第三章 二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章 二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。 2．合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。 3．固溶体的定义是 在固态条件下，一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4．Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。C 、N 则形成 间隙 固溶体。 5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要 差 些。 6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7．共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ，其反应式为 L →a+β 8．匀晶反应的特征是 ，其反应式为 9．共析反应的特征是 ，其反应式为 10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体，按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体 11．合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种，前者具有较高的 塑性变形 性能，适合于做 基体 相；后者有较高的 高硬度 性能，适合于做 增强 相 12．看图4—1，请写出反应式和相区： ABC 包晶反应 B A C L γα?+ ；DEF 共晶反应 F D C L βγ+? ；GHI 共析反应 I G H βαγ+? ； ① L +α ；② γα+ ；③βα+ ；④ βγ+ ；⑤ L +γ ；⑥ β+L ； 13．相的定义是 ，组织的定义是 14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同，而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。 15．根据图4—2填出： 水平线反应式 E C D βαγ+? ；有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。 液相线 ，固相线 ， 固溶线 CF 、 EG

常见的金属晶体结构

第二章作业 2－1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。 4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（～×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（～×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工 4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想为什么（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法 1、2 都可以，用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。 4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。 4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗

合金的相结构

教学课题合金的相结构 教学课时 2 教学目的让学生了解合金相的概念 掌握合金相的分类 教学难点合金相的分类 教学重点合金相的分类 教学方法讲解法 教具准备教材 教学过程

§2.1 固溶体 固溶体：以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子（溶质）后所形成的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点上或间隙中含有其他组元原子。 主要讨论溶剂为纯金属的固溶体。 一、固溶体的分类 根据溶质原子在溶剂晶格中所占据 的位置：置换固溶体和间隙固溶体； 根据溶质原子在溶剂中的固溶能力 ：有限固溶体和无限固溶体。固溶度（溶解度）：在一定温度和压力下，溶质在固溶体中的浓度有一定限度，该浓度极限称为固溶度。 根据溶质原子在固溶体中的分布是否有规律：无序固溶体和有序固溶体。 二、置换固溶体 影响置换固溶体固溶度的主要因素 1．晶体结构因素 晶体结构相同是组元间形成无限固 溶体的必要条件。 2．原子尺寸因素 指溶剂、溶质原子半径之差与溶剂 原子半径之比，即△r = ∣r A-r B∣/ r A , A-溶剂，B-溶质，△r越小，即组元间原子半径越接近，固溶度越大。△r<0.14-0.15时，固溶度较大，或形成无限固溶体。3．电负性因素 电负性：原子接受电子形成负离子 的能力，即元素得失电子的能力。易得电子，电负性大。在周期表中，同一周期元素的电负性从左到右递增；同一族元素的电负性从下到上递增。两元素电负性越相近，固溶度越大。两元素电负性相差大，化学亲和力越强，易形成化合物。4．电子浓度因素 电子浓度：各组元价电子总数e与原子总数a之比， 即C电子= e/a=[V A(100-X)+V B X]/100 V A-溶剂原子价; 100-X-溶剂原子百分数; V A(100-X)-溶剂价电子数; V B-溶质原子价; X-溶质原子百分数; V B X-溶质价电子数. 电子浓度对固溶度的影响: 溶剂为一价FCC金属,不同溶质元素的最大固溶度所对应的极限电子浓度均为1.36左右; 溶剂为一价BCC金属,其极限电子浓度约为1.48. 所以,溶质的原子价越高,其固溶度越低. 举例 总之，组元元素的晶格类型相同，原子半径相差不大，在周期表中的位置邻近时，固溶度较大，甚至形成无限固溶体。 三、间隙固溶体 1．溶质、溶剂元素

纯金属与合金的晶体结构

淮安信息职业技术学院教案首页 一、章节：第二章纯金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构第二节纯金属的实际晶体结构第三节合金的晶体结构 二、教学目的：使学生了解纯金属与合金的晶体结构，晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。 三、教学方法： 讲授法。 四、教学重点： 晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。 五、教学难点： 晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。 六、使用教具： 挂图。 七、课后作业： P17：1、2、6。 八、课后小结：

第二章纯金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构 一、晶体结构的基本知识 1．晶体与非晶体 晶体内部的原子按一定几何形状作有规则地重复排列，如金钢石、石墨及固态金属与合金。而非晶体内部的原子无规律地规律地堆积在一起，如沥青、玻璃、松香等。 晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非晶体没有固定的熔点，且各向同性。 2．晶体管格与晶胞 为便于分析晶体中原子排列规律，可将原子近似地看成一个点，并用假想的线条将各原子中心连接起来，便形成一个空间格子。 晶格——抽象的、用于描述原子在晶体中的规则排列方式的空间几何图形。结点——晶格中直线的交点。 晶胞——晶格是由一些最基本的几何单元周期重复排列而成的，这种最基本的几何单元称为晶胞。

晶胞大小和形状可用晶胞的三条棱长a、b、c（单位，1A=108cm）和棱边夹角来描述，其中a、b、c称为晶格常数。 各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，故呈现出不同的物理、化学及力学性能。 二、常见的晶格类型 1．体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞为一立方体，立方体的八个顶角各排列着一个原子，立方体的中心有一个原子。其晶格常数a=b=c。属于这种晶格类型的金属有α铁、铬、钨、钼、钒等。 2．面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排列一个原子。属于这种晶格类型的金属有γ铁、铝、铜墙铁壁、镍、金、银等。 3．密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，柱体的十二个顶角和上、下中心各排列着一个原子，在上、下面之间还有三个原子。属于这种晶格类型的金属有镁、锌、铍等、α－Ti。 晶格类型不同，原子排列的致密度也不同。体心立方晶格的致

合金的晶体结构与结晶过程

第八节合金的晶体结构与结晶过程 一、基本概念 ●组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 ●由两种或两种以上的组元按不同比例配制而成的一系列不同化学成分的所有合金，称为合金系。 ●相是指在一个合金系统中具有相同的物理性能和化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的部分。 ●组织是指用金相观察方法，在金属及其合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。 二、合金的晶体结构 根据合金中各组元之间的相互作用，合金中的晶体结构可分为固溶体、金属化合物及机械混合物三种类型。 （一）固溶体 ●合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一种原子而形成的晶体相，称为固溶体。 根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。 1．置换固溶体 ●溶质原子代替一部分溶剂原子，占据溶剂晶格的部分结点位置时，所形成的晶体相，称为置换固溶体。 按溶质溶解度的不同，置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体。 a) 置换固溶体 b) 间隙固溶体 图1-32 固溶体的类型 2．间隙固溶体 ●溶质原子在溶剂晶格中不占据溶剂晶格的结点位置，而是嵌入溶剂晶格的各结点之间的间隙内时，所形成的晶体相，称为间隙固溶体。 无论是置换固溶体，还是间隙固溶体，异类原子的插入都将使固溶体晶格发生畸变，增加位错运动的阻力，使固溶体的强度、硬度提高。这种通过溶入溶质原子形成固溶体，使合

金强度、硬度升高的现象称为固溶强化。固溶强化是强化金属材料的重要途径之一。 a）间隙固溶体 b）置换固溶体（大溶质原子） c）固溶体（小溶质原子） 图1-33 形成固溶体时产生的晶格畸变 （二）金属化合物 ●金属化合物是指合金中各组元之间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相。 金属化合物具有与其构成组元晶格截然不同的特殊晶格，熔点高，硬而脆。 （三）机械混合物 ●由两相或两相以上组成的多相组织，称为机械混合物。 在机械混合物中各组成相仍保持着它原有晶格的类型和性能，而整个机械混合物的性能则介于各组成相的性能之间，并与各组成相的性能以及相的数量、形状、大小和分布状况等密切相关。 三、合金结晶过程 合金的结晶过程与纯金属一样，也是晶核形成和晶核长大两个过程。同时结晶时也需要一定的过冷度，结晶后形成由多晶体。合金的结晶过程中具有如下特点： （1）纯金属的结晶是在恒温下进行，只有一个结晶温度。而绝大多数合金是在一个温度范围内进行结晶的，一般结晶的开始温度与终止温度是不相同，一般有两个结晶温度。 （2）合金在结晶过程中，在局部范围内相的化学成分（即浓度）有差异，当结晶终止后，整个晶体的平均化学成分与原合金的化学成分相同。 （3）合金结晶后一般有三种情况：第一种情况是形成单相固溶体；第二种情况是形成单相金属化合物或同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)；第三种情况是结晶开始时形成单相固溶体，剩余液体又同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)。 四、合金结晶冷却曲线 合金结晶过程比纯金属复杂得多，但其结晶过程仍可用结晶冷却曲线来描述。一般合金的结晶冷却曲线有以下三种形式：

第三章 二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。 2．合金中的组元是指组成合金最基本的、独立的物质。 3．固溶体的定义是在固态条件下，一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4．Cr 、V 在γ-Fe 中将形成置换固溶体。C 、N 则形成间隙固溶体。 5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要差些。 6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7．共晶反应的特征是由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相，其反应式为L →a+β 8．匀晶反应的特征是，其反应式为 9．共析反应的特征是，其反应式为 10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体，按原子溶入量可以分为有限固溶体和无限固溶体 11．合金的相结构有固溶体和金属化合物两种，前者具有较高的塑性变形性能，适合于做基体相；后者有较高的高硬度性能，适合于做增强相 12．看图4—1，请写出反应式和相区： ABC 包晶反应B A C L γα?+；DEF 共晶反应F D C L βγ+?；GHI 共析反应I G H βαγ+?； ①L +α；②γα+；③βα+；④βγ+；⑤L +γ；⑥β+L ； 13．相的定义是，组织的定义是 14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型相同，而间隙相的晶体结构与溶剂组元晶体结构不同。 15．根据图4—2填出： 水平线反应式E C D βαγ+?；有限固溶体βα、、无限固溶体γ。 液相线，固相线，固溶线CF 、EG

16．接近共晶成分的合金，其铸造性能较好；但要进行压力加工的合金常选用匀晶成分的合金。 17．共晶组织的一般形态是片状。 (二)判断题 1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。( N) 2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。( Y) 3．合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关系。( Y) 4．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。( Y) 5．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。( Y ) 6．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。( Y) 7．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。( N) 8．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。( Y ) 9．根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。( Y ) 10．亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。( Y ) 11．过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。( Y) (三)选择题 1．固溶体的晶体结构是A A．溶剂的晶型B．溶质的晶型 C 复杂晶型D．其他晶型 2 金属化合物的特点是C A．高塑性B．高韧性 C 高硬度D．高强度 3．当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生D A．匀晶偏析 B 比重偏析C．枝晶偏析D．区域偏析 4．当二元合金进行共晶反应时，其相组成是C A．由单相组成 B 两相共存 C 三相共存D．四相组成 5．当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为C A. α+βB．(α＋L) C．(α+β) D．L＋α+β 6．具有匀晶型相图的单相固溶体合金B A．铸造性能好B．锻压性能好 C 热处理性能好D．切削性能好 7．二元合金中，共晶成分的合金A A．铸造性能好 B 锻造性能好 C 焊接性能好D．热处理性能好 8．共析反应是指B A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相 9．共晶反应是指A

一、晶体结构

一、晶体结构 1. 解释名词：配位数、晶胞、致密度、间隙固溶体、合金、相、组织、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、电子浓度、电子化合物。 2. （P86，1）If the atomic radius of copper is 0.128nm, calculate the volume of this unit cell in cubic meters. 3. （P86，4）Mn 的同素异构体有一为立方结构，其晶格常数为0.632nm ，密度ρ为7.26g/cm 3，原子半径r 为0.112nm 。问Mn 晶胞中有几个原子，其致密度为多少？ 4. （P86，5）Mo 的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a = 0.3147nm ，试求Mo 的原子半径r 。 5. （P86，6）试证明四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。 6. 在立方晶胞中画出下列晶向：]031[];321[];331[];210[];121[];101[ 7. 在立方晶胞中画出下列晶面：)321();221();131();210();211();110( 8. 锆（Zr ，Zirconium ）具有HCP 结构，密度为6.51 g/cm 3，M Zr =91.22 g/mol 。（a ）计算晶胞体积；（b ）如果c/a 为1.593，计算c 和a 。 9. 试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。 10. FeAl 为电子化合物，计算其电子浓度，Fe 、Al 的价电子贡献分别为0和+3。 11. 下列合金相为何种类型：Cr 7C 3 、Mg 2Pb 、 WC 、FeAl 、Cu 3Al 、Fe 4N 、Fe 3C 。 二、晶体缺陷 1. 解释名词：柏氏矢量、层错、空位、小角度晶界、共格相界、螺型位错 2. 纯Cu 的空位形成能是1.5aJ/atom(1aJ=10-18J)，将纯Cu 加热到850℃后激冷到室温（20℃），如果高温下的空位全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。 3. 计算Fe 在 850o 时，每立方米体积中的空位数。已知Fe 在850o 时的空位形成能、密度及原子重量分别为1.08 eV/atom 、7.65 g/cm 3、55.85 g/mol 。 4. （P161，6）在晶体的同一滑移面上有两个半径分别为r1和r2的位错环，其中r1>r2，它们的柏氏矢量相同，试问在切应力作用下何者更容易运动？为什么？ 5. （P161，8）判断下列位错反应能否进行： ]111[3 ]211[6]110[2a a a →+；]111[2 ]111[6]112[3a a a →+ 6. 根据晶粒的位相差及结构特点，晶界有哪些类型？有何特点属性？ 7. If the atomic radius of copper is 0.128nm, determine the magnitude of the Burgers vector for copper. 8. 如图，在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到均匀切应力τ和σ的作用。 （1）分析该位错环各段位错的结构类型； （2）在τ的作用下，该位错环将如何运动？ （3）在σ的作用下，位错环将如何运动？ 9. 试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为]101[2 a b = 的螺型 位错受阻时，能否通过交滑移转移到)111(),111(), 111(面中

第二章 金属与合金的晶体结构与结晶

第二章 金属与合金的晶体结构与结晶 第一节 金属的晶体结构 自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。晶体与非晶体的区别表现在许多方面。晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。在一般情况下的固态金属就是晶体。 一、晶体结构的基础知识 （1）晶格与晶胞 为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2-1） 晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2-1），它具有很高对称性。 （2）晶胞表示方法 不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示， 称为晶格常数。晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。当棱边a b c ==，棱边夹角90αβγ===?时，这种晶胞称为简单立方晶胞。 （3）致密度

金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。 二、三种典型的金属晶格 1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。 2、面心立方晶格晶胞示 意图见图2-2b。它的晶胞也是 一个立方体，立方体的8个顶 角和立方体的6个面中心各有 一个原子，其单位晶胞原子数 为4个，其致密度为0.74（原 子排列较紧密）。属于该晶格类 型的常见金属有Al、Cu、Pb、 Au、γ-Fe等。 3、密排六方晶格它的晶 胞是一个正六方柱体，原子排 列在柱体的每个顶角和上、下 底面的中心，另外三个原子排 列在柱体内，晶胞示意图见图 2-2c。其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.74。属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。 三、金属实际的晶体结构 前面讨论的金属结构是理想的结构，即原子排列得非常整齐，晶格位向（原子列的方位和方向）完全一致，且无任何缺陷存在，称为单晶体。目前，只有采用特殊方法才能获得单晶体。 1、金属的多晶体结构实际使用的金属大都是多晶体结构，即它是由许多不同位向的小晶体组成，每个小晶体内部晶格位向基本上是一致的，而各小晶体

合金相结构

．3．4合金相结构 纯金属的强度较低，所以工业广泛应用的是合金。合金是两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法组合而成，并具有金属特性的物质，如黄铜是铜锌合金，钢、铸铁是铁碳合金。 组成合金最基本的独立物质叫组元，组元间由于物理的和化学的相互作用，可形成各种“相”。“相”是合金中具有同一聚集状态，成分和性能均一，并以界面互相分开的组成部分。由一种相组成的合金叫单相台金，如含锌30％Wc的Cu—Zn台金是单相合金。而含锌40％Wc时则是两相合金，除生成了固溶体外，还形成了金属间化合物。 1．固溶体 凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型所形成的合金相称为固溶体。固溶体的成分可在一定范围内连续变化，随异类原子的溶入，将引起溶剂晶格常数的改变及晶格畸变，致使合金性能发生变化。通常把形成固溶体使强度，硬度升高的现象叫固溶强化。 根据溶质原子在溶剂中是占结点位置，还是占间隙位置，可将其分为置换固溶体与间隙固溶体；若溶质与溶剂以任何比例都能互溶，固溶度达100％，则称为无限固溶体，否则为有限固溶体；若溶质原子有规则地占据溶剂结构中的固定位置，溶质与溶剂原子数之比为一定值时，所形成的固溶体称为有序固溶体。 (1)置换固溶体 (a)组元的晶体结构类型 溶质与溶剂晶格结构相同则固溶度较大，反之较小。 (b)原子尺寸因素 溶剂原子半径rA与溶质原子半径rB的相对差(rA—rB)／rA不超过14％。15％有利于大量固溶，反之固溶度非常有限。 (c)电负性因素 两元素的电负性相差越大，化学亲和力越强，所生成的化合物也越稳定。 (d)电子浓度因素 电子浓度定义为合金中价电子数目与原子数目的比值。 (2)间隙固溶体 一些原子半径小于0.1nm的非金属元素如H，O，N，C，B等受原子尺寸因素的影响，不能与过渡族金属元素形成置换固溶体，却可处于

常见的金属晶体结构

第二章作业2－1 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？V、Mg、Zn 各属何种结构？答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法1、2 都可以，用方法3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因？答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因？答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同？答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共

7 第七章合金与相图

第七章二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是 2．合金中的组元是指。 3．固溶体的定义是 4．Cr、V在γ-Fe中将形成固溶体。C、N则形成固溶体。 5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要些。 6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的组元。7．共晶反应的特征是，其反应式为 8．匀晶反应的特征是，其反应式为 9．共析反应的特征是，其反应式为 10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为，按原子溶入量可以分为和 11．合金的相结构有和两种，前者具有较高的性能，适合于 做相；后者有较高的性能，适合于做相 12．看图4—1，请写出反应式和相区： ABC ；DEF ；GHI ； ①；②；③；④；⑤；⑥； 13．相的定义是，组织的定义是 14．间隙固溶体的晶体结构与相同，而间隙相的晶体结构与不同。15．根据图4—2填出： 水平线反应式；有限固溶体、无限固溶体。 液相线，固相线，固溶线、 16．接近共晶成分的合金，其性能较好；但要进行压力加工的合金常选 用的合金。 17．共晶组织的一般形态是。 18.固溶体合金，在铸造条件下，容易产生_______ 偏析，用__________ 方法处理可以消除。 19.AL－CuAL 2 共晶属于_ _ 型共晶，AL-Si共晶属于 __型共晶， Pb－Sn共晶属于_ _型共晶。 20.固溶体合金凝固时有效分配系数k e 的定义 是_ _。当凝固速率无限缓慢时，k e 趋于_ _；当凝固速率很大时，则 k e 趋于 __ 。 21.K 0<1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K 越小，成分偏析越____ , 提纯效 果越_____；而K 0>1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K 越大，成分偏析越____ , 提纯效果越_____。 22.固溶体合金_____ 凝固时成分最均匀，液相完全混合时固溶体成分偏析（宏观偏析）最___ ，液相完全无混合时固溶体成分偏析最____ ，液相部分混合时固溶体成分偏析_________。