金属材料的凝固与固态课件.ppt

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1、第2章金属材料的凝固与固态相变第二章金属材料的凝固与固态相变＊＊一、主要内容2.1纯金属的结晶2.2合金的凝固＊＊2.3铁碳合金平衡态的相变基础＊＊***2.4钢在加热时的转变＊＊2.5钢在冷却时的转变＊＊2.6焊接接头的相变二、重点内容2、3、4、5三、难点内容2、4、5、3第二章第一讲金属材料的凝固与固态＊＊32－42一、主要内容1、纯金属的结晶＊＊（1）金属的结晶（2）影响晶粒长大的因素2、合金的凝固＊＊（1）匀晶相图、二元共晶相图、＊＊（2）二元共晶相图的相图分析＊＊（3）二元共晶相图的平衡结晶过程＊＊（4）杠杆定律＊＊

2、二、重点内容三、难点内容：合金的凝固＊＊2.1纯金属的结晶2.2合金的凝固2.3铁碳合金平衡态的相变基础2.4钢在加热时的转变2.5钢在冷却时的转变2.6焊接接头的相变下一章晶体的结晶＊＊1.凝固的基本概念非晶体的凝固金属的结晶过程＊＊2.金属的结晶影响形核和长大的因素＊＊晶粒大小及控制＊＊晶体的同素异构现象3.材料的同素异构现象同分异构2.1纯金属的结晶概念：结晶、过冷度晶体的结晶结晶：实质上----近程有序状态转变为长程有序状态的过程。广义地讲----物质从一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）

3、的转变过程。有时把液态转变成固态称为一次结晶，而把一种固态转变成另一种固态称为二次结晶。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。ΔT图2.3纯金属的冷却曲线非晶固态可以看作粘滞系数很大的“熔体”。所以，非晶体的凝固是在一个温度范围内逐渐完成的。非晶体处于亚稳状态。图2.4熔体、晶体、非晶体的能量关系非晶体的凝固形核与长大的过程。(晶核)形核包括自发形核和非自发形核。图2.5纯金属结晶过程示意图金属的结晶过程晶核的长大方式：枝晶长大图2．6枝晶示意图图2.7锑金属铸锭表面的树枝状晶体晶粒大小与形核率N（晶核数/(s·cm3)）和长

4、大速度G（cm／s）有关。影响形核率和长大速度的重要因素是冷却速度(或过冷度)和难熔杂质。图2.8过冷度与晶体形核率、长大速度的关系影响形核和长大的因素(1)晶粒度的概念(晶粒大小的量度)影响晶粒度的主要因素是形核率N和长大速度G。晶粒愈小，则金属的强度、塑性和韧性愈好。(2)晶粒大小的控制1)增大过冷度过冷度愈大，比值N／G也愈大，晶粒就愈细。2）变质处理向液态金属中加入某些变质剂，以细化晶粒和改善组织，达到提高材料性能的目的。晶粒大小及控制同种晶体材料中，不同类型晶体结构之间的转变称为同素异构转变。遵循生核与长大的基本规律。

5、图2.9纯铁的冷却曲线和晶格变化晶体的同素异构现象把化学成分相同，而组成原子排列成不同的分子结构的现象称为同分异构。同分异构分为两种，一种是结构异构体(丙醇和异丙醇、甲醚和乙醇)，另一种是立体异构体。同分异构相图的建立匀晶相图共晶相图包晶相图及其他相图合金的使用性能与相图的关系合金的工艺性能与相图的关系铸锭(件)结晶组织铸锭(件)结晶组织的特性影响铸锭(件)结晶组织的因素2.2合金的凝固1.二元合金相图与凝固2.合金的性能与相图的关系3.铸锭（件）的凝固****相图:又称为平衡图或状态图，是表明合金系中不同成分的合金在不同温度下

6、所存在的相以及相与相之间关系的图形。相图的建立：热分析法。图2·11Cu—Ni合金的冷却曲线及相图两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图称为二元匀晶相图。具有这类相图的合金系有Cu—Ni、Cu—Au、Au—Ag、Fe—Ni、w—Mo等。图2．12匀晶相图合金的结晶过程(1)平衡结晶过程匀晶相图设一合金的含B量为K，质量为1。根据质量守恒定律得下列方程：QL+Q=1QLX+QX′=K求解方程得(2)杠杆定律＊＊在实际铸造条件下，一般冷却较快，原子扩散来不及充分进行，会使先结晶出来的固相含高熔点组元量较高。这种在一个晶粒内化

7、学成分不均匀的现象称为晶内偏析，或称枝晶偏析。消除或改善办法是：采用扩散退火(亦称均匀化退火)(3)枝晶偏析第二章第一讲小结金属材料的凝固与固态＊＊32－42一、主要内容1、纯金属的结晶＊＊（1）金属的结晶（2）影响晶粒长大的因素2、合金的凝固＊＊（1）匀晶相图、二元共晶相图、＊＊（2）二元匀晶相图的相图分析＊＊（3）二元匀晶相图的平衡结晶过程＊＊（4）杠杆定律＊＊二、重点内容三、难点内容：合金的凝固＊＊四、掌握所有的概念名词，掌握纯金属的结晶及晶粒的长大过程、能够分析二元匀晶相图中的结晶过程；能够运用杠杆定律进行成份的计算。作

8、业：预习：第2－3节第二章第二讲金属材料的凝固与固态＊＊32－42一、主要内容1、二元共晶相图的平衡结晶过程（1）二元共晶相图的平衡结晶过程＊＊（2）共析相图＊＊（3）包晶相图（4）合金性能与相图的关系（5）铸锭（件）的凝固2、Fe—Fe3C相图＊＊（1）铁碳相