巴氏合金的定義

巴氏合金是一種金屬元素和一種或幾種其它元素（金屬或者非金屬均可）熔合后而組成的具有進速特性的物質。組成合金最基本的、能獨立存在的物質稱為組元，簡稱元。絕大多數情況下，組元即是構成合金的元素。但也有將化合物作為組元的，其條件是化合物在所研究的范圍內，既不分解也不發生任何化學反應。根據組元的數量，可分為二元合金、三元合金或多元合金、如簡單黃銅是由銅和鋅兩種元素組成的二元合金；硬鋁是由鋁、銅、鎂三種元素組成的三元合金。

銅合金分類

  銅合金分為黃銅、青銅和白銅。白銅是銅鎳合金，主要用來制造精密機械、精密儀表中的耐蝕零件及電阻器、熱電偶等。

  機械制作中，主要使用的是黃銅和青銅。

  1．鑄造黃銅

  銅和鋅著稱的合金統稱為黃銅。其中銅鋅二元合金稱普通黃銅。除鋅外再加入其它元素所組成的多元黃銅稱為特殊黃銅。

  鑄造黃銅具有較高的力學性能，鑄造性能較好，且價格比青銅低。常用于一般用途的軸承、襯套、齒輪等耐磨件和閥門等耐蝕件。

2．鑄造青銅

  可分為普通青銅（錫青銅）和特殊青銅（鋁青銅、鉛青銅、硅青銅、鈹青銅等）兩大類。

銅合金鑄造工藝

  各種成分的銅合金的結晶特征不同，鑄造性能不同，鑄造工藝特點也不同。

  1、錫青銅：結晶特征是結晶溫度范圍大，凝固區域寬。鑄造性能方面流動性差，易產生縮松，不易氧化。工藝特點是壁厚件采取定向凝固（順序凝固），復雜薄壁件、一般壁厚件采取同時凝固。

  2、鋁青銅和鋁黃銅：結晶特征是結晶溫度范圍小，為逐層凝固特征。鑄造性能方面流動性較好，易形成集中縮孔，極易氧化。工藝特點是鋁青銅澆注系統為底注式，鋁黃銅澆注系統為敞開式。

  3、硅黃銅：結晶特征是介于錫青銅和鋁青銅之間。鑄造性能最好（在特殊黃銅中）。工藝特點是順序凝固工藝，中注式澆注系統，暗冒口尺寸較小。

鋁合金鑄件分類

  鑄造鋁合金按化學成分可分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金等。

  1．鋁合金的鑄造工藝

  鋁合金的鑄造性能和化學成分密切相關，其中Al-Si合金處于共晶成分附近，鑄造性能最好，和灰鑄鐵相似。Al-Cu合金遠離共晶成分，凝固溫度范圍大，鑄造性能最差。在實際生產中，鋁鑄件都有冒口補縮，Al-Si類合金的凝固溫度范圍小，冒口補縮效率高，易獲得組織致密的鑄件。其它類鑄鋁合金的凝固溫度范圍大，冒口補縮效率低，鑄件致密性差。

  鋁合金極易吸氣和氧化，因此澆注系統必須保證鋁液較快而平穩地流入，避免攪動。

  各種鑄造方法都適用于鋁合金鑄件。當生產量較少時，可用砂型鑄造，應選用細砂來造型；大量生產的重要鑄件，則采用特種鑄造。金屬型鑄造效率高，鑄件質量好。低壓鑄造適用于要求致密性高的耐水壓鑄件。壓力鑄造可用于薄壁復雜小件。

  2．鑄造鋁合金的熔煉特點

  鋁合金在液態下極易氧化，其產物為Al2O3，熔點高達2050℃，密度稍大于鋁，呈固態夾雜物懸浮在鋁液中，很難去除，既惡化鑄造性能，又降低力學性能，使鑄件致密性降低。鋁液還極易吸收氫氣，凝固時析出，形成氣孔或針孔等缺陷。

  1）、精煉方法   為了減緩鋁液的氧化和吸氣，鋁合金應在熔劑層覆蓋下熔煉。可向坩鍋內加入KCl、NaCl等作為熔劑，以便將鋁液與爐氣隔離。為驅除鋁液中已吸入地氫氣，防止針孔的產生，在鋁液出爐之前應進行驅氫精煉。方法有多種，較為簡便的是用鐘罩向鋁液中壓入氯化鋅（ZnCl2）或六氯乙烷（C2Cl6）等氯鹽或氯化物，于是發生如下反應：

      3ZnCl2 + 2Al = 3Zn + 2AlCl3

    3C2Cl6 + 2Al = 3C2Cl4 + 2AlCl3

  反應生成的AlCl3沸點為183℃，C2Cl4的沸點為121℃，故形成氣泡，在上浮過程中將鋁液中的氣體H2及Al2O3夾雜一起帶出液面。

  2）、熔煉設備   鋁合金熔爐種類很多，一般多用焦碳坩鍋爐。也可用電阻坩鍋爐。此外感應電爐（工頻、中頻）也有使用。

  合金的結構要比純金屬復雜得多。因為合金由兩種或多種元素組成，各元素間的相互作用，會形成各種不同的相。我們把在金屬和合金中，凡化學成分相同、結構相同并與其他部分由界面分開的均勻組成部分，稱之為相。

  下面按照這一概念來分析純金屬和合金的結構。純金屬液態時為單相；固態由同一元素、同一晶格構成，故為單相；結晶過程中，既有液相又有固相，即為二相。合金在液態時，其為具有一定化學成分均勻一致的合金液體，為單相。合金由液態轉變為固態后，各元素彼此相互溶解可形成固溶體；元素也可能彼此間發生反應而形成金屬化合物。固溶體和金屬化合物是固態合金的兩個基本相。所以合金在固態時，可能是單相組織也可能是多相組織。在分析合金結構時，就是分析其相結構，看其由幾種固溶體或金屬化合物，即為幾相。

固溶體

  所謂固溶體是指溶質原子溶入金屬溶劑的晶格中所組成的合金相。兩組元在液態下互溶，固態也相互溶解，且形成均勻一致的物質。形成固溶體時，含量大者為溶劑，含量少者為溶質；溶劑的晶格即為固溶體的晶格。

1． 固溶體的分類

  按溶質原子在晶格中的位置不同可分為置換固溶體和間隙固溶體。

  1）、置換固溶體   溶質原子占據溶劑晶格中的結點位置而形成的固溶體稱置換固溶體。當溶劑和溶質原子直徑相差不大，一般在15％以內時，易于形成置換固溶體。銅鎳二元合金即形成置換固溶體，鎳原子可在銅晶格的任意位置替代銅原子。

  2）、間隙固溶體   溶質原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱間隙固溶體。間隙固溶體的溶劑是直徑較大的過渡族金屬，而溶質是直徑很小的碳、氫等非金屬元素。其形成條件是溶質原子與溶劑原子直徑之比必須小于0.59。如鐵碳合金中，鐵和碳所形成的固溶體――鐵素體和奧氏體，皆為間隙固溶體。

  另外，按溶質元素在固溶體中的溶解度，可分為有限固溶體和無限固溶體。但只有置換固溶體有可能成為無限固溶體。

2． 固溶體的性能

  當溶質元素含量很少時，固溶體性能與溶劑金屬性能基本相同。但隨溶質元素含量的增多，會使金屬的強度和硬度升高，這種現象稱為固溶強化。置換固溶體和間隙固溶體都會產生固溶強化現象。

  適當控制溶質含量，可明顯提高強度和硬度，同時仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以說固溶體一般具有較好的綜合力學性能。因此要求有綜合力學性能的結構材料，幾乎都以固溶體作為基本相。這就是固溶強化成為一種重要強化方法，在工業生產中得以廣泛應用的原因。

金屬化合物

  金屬化合物是兩組元相互作用形成的新相，它的晶體結構與兩組元都不相同，并具有金屬性質。金屬化合物有多種，它們的共同特點是熔點高、硬度高，一般都作為合金中的硬化相。如碳鋼中的Fe3C，合金鋼中的TiC、VC、W2C等。

  合金中以單相的固溶體或金屬化合物的形式存在的情況減少，大多以兩相的機械混合物形式存在。如碳鋼中的珠光體，就是由固溶體（鐵素體）和金屬化合物（滲碳體Fe3C）組成的機械混合物。

合金相圖的測定

  如前所述，純金屬的結晶是在恒溫下進行的，可用冷卻曲線來描述。一種合金由液態轉變為固態在某一溫度范圍內