材料学中的相和组织

材料学中的相和组织

铁渗碳体相图中所有的物质都是由渗碳体和铁素体构成的, 这两 个是相,但由于结晶方式的不同,它们两个的形态,相对数量会有所 不同,造成宏观上形貌的不同,即构成不同的组织了。如珠光体和莱 氏体,它们本质都是由两种相构成,但是比例不同,当然形貌不同, 它们就是不同的组织。 相:是指合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界 面 相 互 隔 开 的 均

匀 组 成 部 分 ;

组织:是指合金中有若干相以一定的数量、形状、尺寸组合而成的并 且具有独特形态的部分。 相 (phase) 体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。 相与相之间在指定条件下有明显的界面, 在界面上宏观性质的改变是 飞跃式的。体系中相的总数称为相数,用 P 表示。 (1) 相与相之间有界面, 各相可以用物理或机械方法加以分离, 越过界面时性质会发生突变。 (2) 一个相可以是均匀的,但不一定只含一种物质。 体系的相数 P∶ 气体:一般是一个相,如空气组分复杂。 液体:视其混溶程度而定,可有 1、2、3…个相。 固体:有几种物质就有几个相,如水泥生料。但如果是固溶体时 为一个相。

固溶体:固态合金中,在一种元素的晶格结构中包含有其它元素 的合金相称为固溶体。 在固溶体晶格上各组分的化学质点随机分布均 匀,其物理性质和化学性质符合相均匀性的要求,因而几个物质间形 成的固溶体是一个相。 系统中物理状态、 物理性质和化学性质完全均匀的部分称为一个 相(phase)。系统里的气体,无论是纯气体还是混合气体,总是一 个相。若系统里只有一种液体,无论这种液体是纯物质还是(真)溶 液,也总是一个相。若系统中有两种液体,如乙醚与水,中间以液液界面隔开,为两相系统,考虑到乙醚里溶有少量水,水里也溶有少 量乙醚,同样只有两相。同样,不相溶的油和水在一起是两相系统, 激烈振荡后油和水形成乳浊液,也仍然是两相(一相叫连续相,另一 相叫分散相) 。 不同固体的混合物, 是多相系统, 如花岗石 (由石英、 云母、长石等矿物组成),又如无色透明的金刚石中有少量的黑色的 金刚石,都是多相系统。相和组分不是一个概念,例如,同时存在水 蒸气、液态的水和冰的系统是三相系统,尽管这个系统里只有一个组 分——水。一般而言,相与相之间存在着光学界面,光由一相进入另 一相会发生反射和折射,光在不同的相里行进的速度不同。混合气体 或溶液是分子水平的混合物,分子(离子也一样)之间

是不存在光学 界面的,因而是单相的。不同相的界面不一定都一目了然。更确切地 说,相是系统里物理性质完全均匀的部分。 铁碳合金相图中的相有:铁素体、奥氏体、渗碳体三种。 铁碳合金相图中的组织有:铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体、回火马氏体、魏氏组织。 其中铁素体、奥氏体、渗碳体三种既是相也是组织,具有双重身 份,其他的都是混合物。 如何区分? 1、根据含碳量:铁素体含碳 0~0.0218%,奥氏体 0~2.11%, 渗碳体 6.69%, 2、根据冷却速度:珠光体、索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体 一个比一个冷速快。 3、根据相变反应:珠光体是共析转变产物、莱氏体是共晶转变 产物。 4、根据金相分析,这是最主要的区分方法:不同的组织形态不 同,有很大区别,比如:珠光体、索氏体、托氏体都是层片状且一个 比一个细,贝氏体是黑色针状或羽毛状、马氏体是板条状或片状,魏 氏组织是分布着针状物质等等。 铁素体、渗碳体、奥氏体都是碳钢的基本相,是单一组织,可以 独立存在,因此也是铁碳合金中的组织。 而珠光体、莱氏体不是单一相,是属于多相组成的机械混合物, 因此,只能是铁碳合金的组织。 所以, 铁素体是相, 因其有时独立存在于碳钢, 因此也属于组织。 组织 :microstructure;相: phase. 从英文可以看出, 组织侧重于微观结构 ,而相侧重于物质存在 的方式和状态 。如果是单相金属,如铁素体不锈钢;说铁素体 是组织也可以, 相也可以 。 如双相钢如 2205 型 铁素体加奥氏体 , 就是说双相钢, 而不能 说双组织钢。 实际很多都是约定成俗的 说法,没有确切的道理,就和行业内 人士说 淬火是 ZHAN 火一样。 合金 合金不是一般概念上的混合物,甚至可以是纯净物,如单一相的 金属互化物合金,所添加合金元素可以形成固溶体、化合物,并产生 吸热或放热反应,从而改变金属基体的性质。 不同于纯净金属的是,多数合金没有固定的熔点,温度处在熔化 温度范围间时,混合物为固液并存状态。因此可以说,合金的熔点比 组分金属低。参见低共熔混合物。

(1)混合物合金(共熔混合物),当液态合金凝固时,构成合金 的各组分分别结晶而成的合金,如焊锡、铋镉合金等; (2)固熔体合金,当液态合金凝固时形成固溶体的合金,如金银 合金等; (3)金属互化物合金,各组分相互形成化合物的合金,如铜、锌 组成的黄铜(β-黄铜、γ -黄铜和 ε-黄铜)等。 纯晶体,所有不同种类的原子都有确定的位置,高度有序;通常 称为化合物。 固溶体:可以将某一成份理解为掺杂,而掺杂原子在固溶体中是无序的, 它有两种情况, 其

一是掺杂原子替代原原子, 形成无序替代; 其二是掺杂原子进入原晶格空穴,且无序占据。固溶体不能称为化合 物。


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