1. 關(guān)于合金的概念

(1) 合金

合金是指由兩種或兩種以上的元素 ( 主要是金屬元素) 熔合在一起組成的具有金屬特性的物質(zhì)。例如, 鋼、鑄鐵、黃銅、硬鋁等都是合金。合金除具有純金屬的基本特性外, 還具有純金屬不具有的一些力學(xué)性能和物理化學(xué)性能指標(biāo)。

(2) 組元

組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱(chēng)為組元。組元一般是指組成合金的純?cè)? 或是穩(wěn)定的化合物, 如鐵碳合金中的 Fe3C。

(3) 合金系

由若干個(gè)給定組元可以配制成一系列成分不同的合金稱(chēng)為合金系。例如, Fe - C 合金系。根據(jù)組元數(shù)目的多少可稱(chēng)為二元合金系、三元合金系。

(4) 相

在合金系中, 具有相同的物理、化學(xué)性能并與該系統(tǒng)的其他部分以界面分開(kāi)的這部分稱(chēng)為相。例如, 液態(tài)合金是一個(gè)相, 而在結(jié)晶過(guò)程中固體和液體并存, 即為兩相。合金的性能主要是由組成合金的各個(gè)相的結(jié)構(gòu)、性能、形態(tài)、分布和各相的相對(duì)量所決定的。要了解合金的性能, 必須先了解合金的基本相結(jié)構(gòu)。

2. 合金的基本結(jié)構(gòu)

由兩種以上元素組成合金時(shí), 在固態(tài)下合金的基本組織結(jié)構(gòu)分為三類(lèi): 固溶體、化合物、機(jī)械混合物。

(1) 固溶體

1) 固溶體定義 所謂固溶體是指溶質(zhì)原子溶入溶劑的晶格中而仍保持溶劑晶格類(lèi)型的一種合金晶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所處位置不同, 固溶體又分為間隙固溶體和置換固溶體。

①間隙固溶體 溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格間隙位置而形成的固溶體叫間隙固溶體, 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1—7 所示。鐵能與碳、氮、硼等非金屬元素形成間隙固溶體。組成間隙固溶體的溶質(zhì)組元都是一原子半徑很小的非金屬元素, 而溶劑組元多為過(guò)渡族金屬元素。

晶格畸變對(duì)金屬性能會(huì)產(chǎn)生很大影響, 是提高金屬材料力學(xué)性能的重要途徑之一。這種通過(guò)溶入溶質(zhì)原子形成固溶體, 使金屬材料的強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。例如,適當(dāng)控制固溶體中溶質(zhì)的含量, 可以使固溶體不但具有比純金屬高的強(qiáng)度和硬度, 同時(shí)仍具有良好的塑性和韌性。固溶體還具有比純金屬更高的電阻率、更小的電阻溫度系數(shù)和線(xiàn)脹系數(shù)。實(shí)際使用的金屬材料, 大多數(shù)是以固溶體作為合金中的基本相。

(2 ) 化合物

由多種元素按一定原子比數(shù)結(jié)合的物質(zhì)稱(chēng)為金屬化合物, 它的結(jié)構(gòu)不同于組成元素的結(jié)構(gòu)。金屬化合物有一定的化學(xué)成分 ( 一般可用分子式來(lái)表示其組成 ) , 并具有與組成它的任一組元素完全不同的復(fù)雜晶格, 而且組元原子在晶格中占據(jù)有固定的位置。

金屬化合物一般比純金屬熔點(diǎn)高, 硬而脆, 塑性、韌性差。當(dāng)合金中存在有金屬化合物時(shí), 根據(jù)金屬化合物本身的結(jié)構(gòu)、性能及其在合金中的相對(duì)量、形狀、大小和分布特點(diǎn), 將對(duì)合金的性能產(chǎn)生不同的影響。

(3 ) 機(jī)械混合物

由兩種以上的固溶體或由固溶體和化合物混合而構(gòu)成的組織稱(chēng)為機(jī)械混合物。

在機(jī)械混合物中各個(gè)相仍保持各自的晶格和性能。機(jī)械混合物的性能取決于各組成相的性能及各相的數(shù)量、形狀、大小及分布狀況。機(jī)械混合物構(gòu)成的合金比單相固溶體具有更高的強(qiáng)度和硬度, 而塑性、韌性及抗腐蝕能力比單相固溶體低。