為什麼合金的組織決定性能

『壹』 合金的性能主要取決於什麼因素

合金的性能主要是：流動性和收縮性。這些性能對於是否獲得健全的鑄件是非常重要的。影響這些性能的因素如下。

影響流動性的因素很多，其中主要是合金的化學成分、澆注溫度和鑄型的填充條件等。合金的化學成分、澆注溫度、鑄型條件及鑄件結構是影響合金收縮的主要因素。鑄件的形狀、尺寸和工藝條件不同，實際收縮量也有所不同。

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合金是宏觀均勻，含有金屬元素的多元化學物質，一般具有金屬特性．任何元素均可採用作合金元素，但大量加入的仍是金屬。組成合金的最基本的、獨立的物質稱組元。

固態下，合金可能呈單相亦可能呈復相的混合物；可能呈晶態、亦可能呈現准晶狀態或非晶狀態．晶態合金中依其組成元素的原子半徑、負電性以及電子濃度等等差異情況不同，可能出現的相有保持與基底純元素相同結構的固溶體（solidsolution）以及不和任何組成元素結構相同的中間相中間相包括正常價化合物、電子化合物、laves相、σ相、間隙相和復雜結構的間隙式化合物等等。

『貳』 為什麼合金的熔點低，而硬度卻大呢

【按語】提起「合金」，留給學生的印象一般都是「密度減小、硬度加大、熔點降低」，然而是所有的合金都符合以上特點嗎？本文則就這一問題做簡單的介紹。

合金是由兩種或兩種以上的金屬元素(或金屬和非金屬元素)組成的，它具有金屬所應有的特徵。鋼就是由鐵和碳兩種元素組成的合金。古代青銅(銅和錫的合金)的使用，可以將使用合金的年代追溯得很早。

合金的結構比純金屬的要復雜得多。根據合金中組成元素之間相互作用的情況不同，一般可將合金分為三種結構類型：相互溶解的形成金屬固溶體；相互起化學作用的形成金屬化合物；並不起化學作用的形成機械混合物。

1.金屬固溶體

一種溶質元素(金屬或非金屬)原子溶解到另一種溶劑金屬元素(較大量的)的晶體中形成一種均勻的固態溶液，這類合金稱為金屬固溶體。金屬固溶體在液態時為均勻的液相，轉變為固態後，仍保持組織結構的均勻性，且能保持溶劑元素的原來晶格類型。

按照溶質原子在溶劑原子格點上所佔據的位置不同，又可將金屬固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體。

在置換固溶體中，溶質原子部分佔據了溶劑原子格點的位置，如圖 (b)所示。當溶質元素與溶劑元素在原子半徑、電負性以及晶格類型等因素都相近時，形成置換固溶體。例如釩、鉻、錳、鎳和鈷等元素與鐵都能形成置換固溶體。在間隙固溶體中，溶質原子占據了溶劑原子格點的間隙之中，如圖(c)所示。氫、硼、碳和氮等一些原子半徑特別小的元素與許多副族金屬元素能形成間隙固溶體。

由於溶質原子與溶劑原子的直徑不可能完全相同，因此當溶劑原子格點溶入溶質原子後，多少能使原來的格點發生畸變（如圖d），它們能阻礙外力對材料引起的形變，因而使固溶體的強度提高，同時其延展性和導電性將會下降。這種通過溶入溶質元素形成固溶體，使金屬材料的變形抗力增大、強度、硬度升高的現象稱為固溶強化，它是金屬材料強化的重要途徑之一。

圖d 形成固溶體時的晶格畸變

實踐證明，適當掌握固溶體中的溶質含量，可以在顯著提高金屬材料的強度、硬度的同時，仍能保持良好的塑性和韌性。例如，向銅中加入19％的鎳，可使純銅的強度極限由220Map 提高到380MPa，硬度由44HBS提高到70HBS，而伸長率仍然保持在50％左右。所以對力學性能要求較高的結構材料，幾乎都是以固溶體作為最基本的組成相。

2.金屬化合物

當合金中加入的溶質原子數量超過了溶劑金屬的溶解度時，除能形成固溶體外，同時還會出現新的相，這第二相可以是另一種組成的固溶體，而更常見的是形成金屬化合物。

金屬化合物種類很多，從組成元素來說，可以由金屬元素與金屬元素，也可以由金屬元素與非金屬元素組成。前者如Mg2Pb、CuZn等；後者如硼、碳和氮等非金屬元素與d區金屬元素形成的化合物，分別稱為硼化物、碳化物和氮化物，它們具有某些獨特的性能，對金屬和合金材料的應用起著重大的作用。金屬型碳化物是由碳與鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、錳、鐵等d區金屬作用而形成的，例如WC、Fe3C等。這類碳化物的共同特點是具有金屬光澤，能導電導熱，熔點高，硬度大，但脆性也大。

金屬化合物一般具有復雜的晶體結構，熔點高，硬度高，脆性大。當合金中出現金屬化合物時，合金的強度、硬度和耐磨性均提高，而塑性和韌性降低。金屬化合物是許多高合金的重要組成相，與固溶體適當配合可以提高合金的綜合力學性能。

3、機械混合物

機械混合物是合金中的一類復相混合物組織，不同的相均可互相組合形成機械混合物。機械混合物可由純金屬之間形成，也可由純金屬和化合物、純金屬和固溶體、固溶體和固溶體以及固溶體和化合物之間形成。

在機械混合物中，構成合金的兩個組元在固態下既不能相互溶解，又不能彼此反應形成化合物，各相在機械混合物中仍保持原有的晶格和性能，機械混合物的性能介於組成的相性能之間，工業上大多數合金均由混合物組成，如鋼、鑄鐵、鋁合金等。機械混合物的熔點較組元熔點降低，焊錫是機械混合物的一個例子，它是由錫和鉛形成的合金。

由此可見，合金的性能是由合金的結構決定的，不同類型的合金具有不同的性能特點，簡要總結如下：

類別
性能特點

固溶體
塑、韌性好,強度比純組元高

金屬化合物
熔點高,硬度高,脆性大

機械混合物
性能介於組成的相性能之間，熔點降低

『叄』 怎麼區分純金屬和合金在組織上和性能上的差別

在純金屬內，原子的排列十分規整，而合金內由於加入了其他元素的原子，使得原子層之間的相對滑動變得困難，因而性能發生了改變。

『肆』 合金元素對鋼的組織和性能有哪些影響

1．溶解於鐵起固溶強化作用
幾乎所有合金元素均能不同程度地溶於鐵素體、奧氏體中形成固溶體，使鋼的強度、硬度提高，但塑性韌性有所下降。使鋼具有強韌性的良好配合
2．形成碳化物，起第二相強化、硬化作用
按照與碳之間的相互作用不同，常用的合金元素分為非碳化物形成元素和碳化物形成元素兩大類。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它們在鋼中能與碳結合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，這些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔點和穩定性，如果它們顆粒細小並在鋼中均勻分布時，則顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性。
3．使結構鋼中珠光體增加，起強化的作用
合金元素的加入，使Fe-Fe3C相圖中的共析點左移，因而，與相同含碳量的碳鋼相比，亞共析成分的結構鋼（一般結構鋼為亞共析鋼）含碳量更接近於共析成分，組織中珠光體的數量，使合金鋼的強度提高。

『伍』 為什麼合金的熔點一般比各成分金屬的低

固體的熔點與原子排列是否規整有關。在純金屬內，所有的原子大小相同，排列十分規整。而合金內原子的大小不一，排列沒有純金屬那樣整齊，使得原子之間的相互作用力減小。所以，多數合金的熔點一般比各成分金屬的低。

合金中組成相的結構和性質對合金的性能起決定性的作用。同時，合金組織的變化即合金中相的相對數量、各相的晶粒大小，形狀和分布的變化，對合金的性能也發生很大的影響。因此，利用各種元素的結合以形成各種不同的合金相，再經過合適的處理可能滿足各種不同的性能要求。

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按含碳量不同，鐵碳合金分為鋼與生鐵兩大類，鋼是含碳量為0.03%～2%的鐵碳合金。碳鋼是最常用的普通鋼，冶煉方便、加工容易、價格低廉，而且在多數情況下能滿足使用要求，所以應用十分普遍。按含碳量不同，碳鋼又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。

隨含碳量升高，碳鋼的硬度增加、韌性下降。合金鋼又叫特種鋼，在碳鋼的基礎上加入一種或多種合金元素，從而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韌性、耐腐蝕性，等等。經常加入鋼中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我國合金鋼的資源相當豐富，除Cr、Co不足，Mn品位較低外，W、Mo、V、Ti和稀土金屬儲量都很高。

『陸』 金屬的結構，組織和相的關系是什麼

相」實質上是晶體結構相同狀態。因此，相與組織的區別就是結構與組織的區別，結構描述的是原子尺度，而組織則指的是顯微尺度。?相 —- 是指材料中結構相同、化學成分及性能均一的組成部分，相與相之間有界面分開。從結構上講，「相」是合金中具有同一原子聚集狀態，而固相即指具有一定的晶體結構和性質。? 組織 ---- 一般系指用肉眼或在顯微鏡下所觀察到的材料內部所具有的某種形態特徵或形貌圖像，實質上它是一種或多種相按一定方式相互結合所構成的整體的總稱。因此，「相」構成了「組織」。?相與組織之間的關系 —— 合金的組織可由單相固溶體或化合物組成，也可由一個固溶體和一個化合物或兩個固溶體和兩個化合物等組成。正是由於這些相的形態、尺寸、相對數量和分布的不同，才形成各式各樣的組織。即組織可由單相組成，也可由多相組成。組織是材料性能的決定性因素。在相同條件下，不同的組織對應著不同的性能。?相組分與組織組分 —— 人們把在合金相圖分析中出現的「相」稱為相組分（即相組成物），出現的「顯微組織」就稱為組織組分（即組織組成物）。實際上相組分就表示「相」，組織組分就表示「組織」。

『柒』 合金的性能與成分有什麼關系

合金的性質取決於三個方面：
1、合金成分（含元素）；
2、構成比例；
3、煉制方法。

一般來講，合金由於是不同分子（含原子）的混合，因此分子見填充較充分，同種分子（含原子）之間的作用力減弱，因此一般呈現出溶點低，硬度大等特點。某些摻雜形成的合金中摻雜成分盡管很小，卻產生相當大的影響。

『捌』 舉例說明某種鋼或合金的成分、結構、組織和性能的關系

鉻是強碳化物形成元素,在奧氏體不銹鋼中也不例外,奧氏體不銹鋼中常見的鉻碳化物有Cr23C6;當鋼中含有鉬或鉻時,還可見到期Cr6C等碳化物,它們的形成在某些條件下對鋼的性能會產生重要影響.○2鉻對性能的影響:一般來主,只要奧氏體不銹鋼保持完全奧氏體組織而沒有δ鐵素體等的形成,僅提高鋼中鉻含量不會對力學性能有顯著影響,鉻對奧氏體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性,主要表現為:鉻提高鋼的耐氧化性介質和酸性氯化物介質的性能;在鎳以及鉬和銅復合作用下,鉻提高鋼耐一些還原性介質,有機酸,尿素和鹼介質的性能;鉻還提高鋼耐局部腐蝕,比如晶間腐蝕.點腐蝕,縫隙腐蝕以及某此條件下應力體育館的性能..對奧氏體不銹鋼晶間體育館敏感性影響最大的因素是鋼中碳含量,其他元素對晶間體育館的作用主要視其對碳化物的溶解和沉澱行為的影響而定,在奧氏體不銹鋼中,鉻能增大碳的溶解度而降低鉻的貧化度,因而提高鉻含量對奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕是有益,鉻非常有效地改善奧氏體不銹鋼的耐點腐蝕及縫隙腐蝕性能,當鋼中同時有鉬或鉬及氮存在時,鉻的這種有效性大加強,雖然根據研究鉬的耐點體育館及縫隙腐蝕的能力為鉻的話倍左右,氮為鉻的30倍,但是大量研究,奧氏體不銹鋼中如果沒有鉻或者鉻含量較低,鉬及氮的耐點腐蝕與縫隙腐蝕作用便會喪失或不夠顯著.