为什么合金的组织决定性能

『壹』 合金的性能主要取决于什么因素

合金的性能主要是：流动性和收缩性。这些性能对于是否获得健全的铸件是非常重要的。影响这些性能的因素如下。

影响流动性的因素很多，其中主要是合金的化学成分、浇注温度和铸型的填充条件等。合金的化学成分、浇注温度、铸型条件及铸件结构是影响合金收缩的主要因素。铸件的形状、尺寸和工艺条件不同，实际收缩量也有所不同。

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合金是宏观均匀，含有金属元素的多元化学物质，一般具有金属特性．任何元素均可采用作合金元素，但大量加入的仍是金属。组成合金的最基本的、独立的物质称组元。

固态下，合金可能呈单相亦可能呈复相的混合物；可能呈晶态、亦可能呈现准晶状态或非晶状态．晶态合金中依其组成元素的原子半径、负电性以及电子浓度等等差异情况不同，可能出现的相有保持与基底纯元素相同结构的固溶体（solidsolution）以及不和任何组成元素结构相同的中间相中间相包括正常价化合物、电子化合物、laves相、σ相、间隙相和复杂结构的间隙式化合物等等。

『贰』 为什么合金的熔点低，而硬度却大呢

【按语】提起“合金”，留给学生的印象一般都是“密度减小、硬度加大、熔点降低”，然而是所有的合金都符合以上特点吗？本文则就这一问题做简单的介绍。

合金是由两种或两种以上的金属元素(或金属和非金属元素)组成的，它具有金属所应有的特征。钢就是由铁和碳两种元素组成的合金。古代青铜(铜和锡的合金)的使用，可以将使用合金的年代追溯得很早。

合金的结构比纯金属的要复杂得多。根据合金中组成元素之间相互作用的情况不同，一般可将合金分为三种结构类型：相互溶解的形成金属固溶体；相互起化学作用的形成金属化合物；并不起化学作用的形成机械混合物。

1.金属固溶体

一种溶质元素(金属或非金属)原子溶解到另一种溶剂金属元素(较大量的)的晶体中形成一种均匀的固态溶液，这类合金称为金属固溶体。金属固溶体在液态时为均匀的液相，转变为固态后，仍保持组织结构的均匀性，且能保持溶剂元素的原来晶格类型。

按照溶质原子在溶剂原子格点上所占据的位置不同，又可将金属固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。

在置换固溶体中，溶质原子部分占据了溶剂原子格点的位置，如图 (b)所示。当溶质元素与溶剂元素在原子半径、电负性以及晶格类型等因素都相近时，形成置换固溶体。例如钒、铬、锰、镍和钴等元素与铁都能形成置换固溶体。在间隙固溶体中，溶质原子占据了溶剂原子格点的间隙之中，如图(c)所示。氢、硼、碳和氮等一些原子半径特别小的元素与许多副族金属元素能形成间隙固溶体。

由于溶质原子与溶剂原子的直径不可能完全相同，因此当溶剂原子格点溶入溶质原子后，多少能使原来的格点发生畸变（如图d），它们能阻碍外力对材料引起的形变，因而使固溶体的强度提高，同时其延展性和导电性将会下降。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的变形抗力增大、强度、硬度升高的现象称为固溶强化，它是金属材料强化的重要途径之一。

图d 形成固溶体时的晶格畸变

实践证明，适当掌握固溶体中的溶质含量，可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，仍能保持良好的塑性和韧性。例如，向铜中加入19％的镍，可使纯铜的强度极限由220Map 提高到380MPa，硬度由44HBS提高到70HBS，而伸长率仍然保持在50％左右。所以对力学性能要求较高的结构材料，几乎都是以固溶体作为最基本的组成相。

2.金属化合物

当合金中加入的溶质原子数量超过了溶剂金属的溶解度时，除能形成固溶体外，同时还会出现新的相，这第二相可以是另一种组成的固溶体，而更常见的是形成金属化合物。

金属化合物种类很多，从组成元素来说，可以由金属元素与金属元素，也可以由金属元素与非金属元素组成。前者如Mg2Pb、CuZn等；后者如硼、碳和氮等非金属元素与d区金属元素形成的化合物，分别称为硼化物、碳化物和氮化物，它们具有某些独特的性能，对金属和合金材料的应用起着重大的作用。金属型碳化物是由碳与钛、锆、钒、铌、钽、钼、钨、锰、铁等d区金属作用而形成的，例如WC、Fe3C等。这类碳化物的共同特点是具有金属光泽，能导电导热，熔点高，硬度大，但脆性也大。

金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高，硬度高，脆性大。当合金中出现金属化合物时，合金的强度、硬度和耐磨性均提高，而塑性和韧性降低。金属化合物是许多高合金的重要组成相，与固溶体适当配合可以提高合金的综合力学性能。

3、机械混合物

机械混合物是合金中的一类复相混合物组织，不同的相均可互相组合形成机械混合物。机械混合物可由纯金属之间形成，也可由纯金属和化合物、纯金属和固溶体、固溶体和固溶体以及固溶体和化合物之间形成。

在机械混合物中，构成合金的两个组元在固态下既不能相互溶解，又不能彼此反应形成化合物，各相在机械混合物中仍保持原有的晶格和性能，机械混合物的性能介于组成的相性能之间，工业上大多数合金均由混合物组成，如钢、铸铁、铝合金等。机械混合物的熔点较组元熔点降低，焊锡是机械混合物的一个例子，它是由锡和铅形成的合金。

由此可见，合金的性能是由合金的结构决定的，不同类型的合金具有不同的性能特点，简要总结如下：

类别
性能特点

固溶体
塑、韧性好,强度比纯组元高

金属化合物
熔点高,硬度高,脆性大

机械混合物
性能介于组成的相性能之间，熔点降低

『叁』 怎么区分纯金属和合金在组织上和性能上的差别

在纯金属内，原子的排列十分规整，而合金内由于加入了其他元素的原子，使得原子层之间的相对滑动变得困难，因而性能发生了改变。

『肆』 合金元素对钢的组织和性能有哪些影响

1．溶解于铁起固溶强化作用
几乎所有合金元素均能不同程度地溶于铁素体、奥氏体中形成固溶体，使钢的强度、硬度提高，但塑性韧性有所下降。使钢具有强韧性的良好配合
2．形成碳化物，起第二相强化、硬化作用
按照与碳之间的相互作用不同，常用的合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它们在钢中能与碳结合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，这些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔点和稳定性，如果它们颗粒细小并在钢中均匀分布时，则显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。
3．使结构钢中珠光体增加，起强化的作用
合金元素的加入，使Fe-Fe3C相图中的共析点左移，因而，与相同含碳量的碳钢相比，亚共析成分的结构钢（一般结构钢为亚共析钢）含碳量更接近于共析成分，组织中珠光体的数量，使合金钢的强度提高。

『伍』 为什么合金的熔点一般比各成分金属的低

固体的熔点与原子排列是否规整有关。在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的低。

合金中组成相的结构和性质对合金的性能起决定性的作用。同时，合金组织的变化即合金中相的相对数量、各相的晶粒大小，形状和分布的变化，对合金的性能也发生很大的影响。因此，利用各种元素的结合以形成各种不同的合金相，再经过合适的处理可能满足各种不同的性能要求。

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按含碳量不同，铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是含碳量为0.03%～2%的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我国合金钢的资源相当丰富，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。

『陆』 金属的结构，组织和相的关系是什么

相”实质上是晶体结构相同状态。因此，相与组织的区别就是结构与组织的区别，结构描述的是原子尺度，而组织则指的是显微尺度。?相 —- 是指材料中结构相同、化学成分及性能均一的组成部分，相与相之间有界面分开。从结构上讲，“相”是合金中具有同一原子聚集状态，而固相即指具有一定的晶体结构和性质。? 组织 ---- 一般系指用肉眼或在显微镜下所观察到的材料内部所具有的某种形态特征或形貌图像，实质上它是一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体的总称。因此，“相”构成了“组织”。?相与组织之间的关系 —— 合金的组织可由单相固溶体或化合物组成，也可由一个固溶体和一个化合物或两个固溶体和两个化合物等组成。正是由于这些相的形态、尺寸、相对数量和分布的不同，才形成各式各样的组织。即组织可由单相组成，也可由多相组成。组织是材料性能的决定性因素。在相同条件下，不同的组织对应着不同的性能。?相组分与组织组分 —— 人们把在合金相图分析中出现的“相”称为相组分（即相组成物），出现的“显微组织”就称为组织组分（即组织组成物）。实际上相组分就表示“相”，组织组分就表示“组织”。

『柒』 合金的性能与成分有什么关系

合金的性质取决于三个方面：
1、合金成分（含元素）；
2、构成比例；
3、炼制方法。

一般来讲，合金由于是不同分子（含原子）的混合，因此分子见填充较充分，同种分子（含原子）之间的作用力减弱，因此一般呈现出溶点低，硬度大等特点。某些掺杂形成的合金中掺杂成分尽管很小，却产生相当大的影响。

『捌』 举例说明某种钢或合金的成分、结构、组织和性能的关系

铬是强碳化物形成元素,在奥氏体不锈钢中也不例外,奥氏体不锈钢中常见的铬碳化物有Cr23C6;当钢中含有钼或铬时,还可见到期Cr6C等碳化物,它们的形成在某些条件下对钢的性能会产生重要影响.○2铬对性能的影响:一般来主,只要奥氏体不锈钢保持完全奥氏体组织而没有δ铁素体等的形成,仅提高钢中铬含量不会对力学性能有显著影响,铬对奥氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性,主要表现为:铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能;在镍以及钼和铜复合作用下,铬提高钢耐一些还原性介质,有机酸,尿素和碱介质的性能;铬还提高钢耐局部腐蚀,比如晶间腐蚀.点腐蚀,缝隙腐蚀以及某此条件下应力体育馆的性能..对奥氏体不锈钢晶间体育馆敏感性影响最大的因素是钢中碳含量,其他元素对晶间体育馆的作用主要视其对碳化物的溶解和沉淀行为的影响而定,在奥氏体不锈钢中,铬能增大碳的溶解度而降低铬的贫化度,因而提高铬含量对奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀是有益,铬非常有效地改善奥氏体不锈钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀性能,当钢中同时有钼或钼及氮存在时,铬的这种有效性大加强,虽然根据研究钼的耐点体育馆及缝隙腐蚀的能力为铬的话倍左右,氮为铬的30倍,但是大量研究,奥氏体不锈钢中如果没有铬或者铬含量较低,钼及氮的耐点腐蚀与缝隙腐蚀作用便会丧失或不够显著.