第三章 金属与合金的结晶

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1、第三章金属与合金的结晶一、纯金属的冷却曲线和过冷现象第一节纯金属的结晶图3－1纯金属的冷却曲线金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。二、纯金属的结晶过程不断形成晶核和晶核不断长大的过程。纯金属结晶过程示意图（一）晶核的形成1.晶核的自发形成：只依靠液态金属本身在一定过冷度条件下形成晶核叫做自发成核。2.晶核的非自发形成：在实际生产中，金属液体内总存在着各种固态的杂质微粒，金属结晶时依附于这些杂质的表面形成晶核将比较容易。这种依附于固态杂质表面而形成晶核的过程称为非自发成核。（二）晶核的长大晶核的长大是液态金属中的原子向晶核表面

2、转移，被晶核不断吸附的过程。结晶过程是由晶核的形成和晶核不断长大两个基本过程组成，所以结晶后晶粒大小必然与形核率N和晶核的长大速率G两个因素有关。三、金属结晶后的晶粒大小（一）增加过冷度（二）变质处理（三）附加振动细化铸件的晶粒，改善其性能常用的方法：图3-8纯铁的同素异晶转变四、金属的同素异晶转变金属的同素异晶转变过程与液态金属的结晶过程相似，实质上它是一个重结晶过程。第二节合金的结晶合金的结晶过程也是在过冷的条件下不断形成晶核和晶核不断长大的过程。一、二元合金相图的基本知识（一）二元合金相图的表示方法状态表示：温度－成分坐标系。（二）二元

3、合金相图的测定方法固相线液相线二、二元匀晶相图（一）相图分析在二元合金系中，两组元在液态和固态下以任何比例均可相互溶解，即在固态下能形成无限固溶体时，其相图属匀晶相图（二）杠杆定律（三）合金的结晶过程分析（四）枝晶偏析看图3－12来分析固溶体合金在结晶过程中，只有在极其缓慢冷却、使原子能进行充分扩散的条件下，固相的成分才能沿着固相线均匀地变化，最终获得与原合金成分相同的均匀固溶体。但在实际生产条件下，由于合金在结晶过程中，冷却速度一般都较快，而且固态下原子扩散又很困难，致使固溶体内部的原子扩散来不及充分进行，结果先结晶的固溶体含高熔点组元较多

4、，后结晶的固溶体含低熔点组元较多——晶内偏析。三、二元共晶相图在二元合金系中两组元在液态能完全互溶，而在固态下互相有限溶解，并发生共晶转变的相图称为共晶相图（一）相图分析（相图三要素）（二）合金的结晶过程分析包晶反应:在一定温度下，由一固定成分的液相和一固定成分的固相作用，生成另一个成分固定的固相的反应。四、二元包晶相图acLdbe+五、二元共析相图d点成分(共析成分)的合金从液相经过匀晶反应生成γ相后,继续冷却到d点温度(共析温度)时,在此恒温下发生共析反应:γ→ (α+β)共析反应就是由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相,此两相混

5、合物称为共析体。（1）单相区的确定a.液相线以上的区域为液相区b.靠着纯组元的封闭区域是以该组元为基的单相固溶体区c.相图中除代表两组元的垂直线以外，若出现另一条垂直线，该线即代表形成一定成分的化合物。如果该化合物具有固定熔点，就是稳定化合物。分析相图时，可将其视为纯组元。以它把现图分为几个单独部分来分析d.当图中出现水平线时，一条水平线必然连着3个单相区，这3个单相区分别处于水平线的两端或中间。六、二元合金相图读图法（一）相区分析的规律（2）两相区的确定a.两个单相区之间，必夹有一个两相区，根据杠杆定律，该两相区必定由相邻相区的两个相所组成

6、b.两相区中如遇到固溶线倾斜的情况，会发生二次相的析出。（3）三相水平线分析在二元相图中，水平线是三相平衡线。（二）相区接触法则两个单相区之间，必有一个由这两个相所组成的两相区，两个单相区不能以一条线分开；两个两相区以单相区或三相区（水平线）隔开。（在二元合金状态图中，相邻相区的相数相差为1，点接触的情况除外）（三）合金的相组分与组织组分强调！根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区，两相区的两个相就由这两个单相区的相组成。七、合金性能与相图间的关系（一）单相固溶体合金（二）两相混合物合金相图与合金铸造性能之间的关系