金属的相变和相图.ppt

《金属的相变和相图.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1机械制造基础（上）MechanicalEngineeringMaterials2第3章金属的相变和相图本章目录第一节纯金属的相变一、液态金属的结构及结晶二、纯金属的相变三、晶体的同素异构第二节二元合金相图一、概述二、合金相图的建立三、匀晶相图四、共晶相图五、共析相图六、其他类型的二元系合金相图七、二元合金相图的规律及合金性能第三节铁碳合金相图一、铁碳合金的组元及基本相二、Fe-Fe3C相图三、典型合金的结晶过程及组织四、含碳量与铁碳合金组织及性能的关系五、铁碳合金相图的应用第四节金属的凝固组织第一节、金属铸锭宏观组织第二节、铸锭中的缺陷3一、液态金属的结

2、构及结晶1、液态金属结构固态金属内部原子在很长的行程内呈规则排列。且以一定的平衡间距为中心长时间地作热震动。固态金属的这种结构称作长程有序。在非晶态结构中，原子排列没有规律周期性，原子排列从总体上是无规则的，但是，近邻的原子排列是有一定的规律的这就是短程有序。短程有序结构总是处于“时聚时散，此起彼伏”的变化中，这种结构不稳定的现象称为结构起伏，他是产生晶核的基础。其中尺寸较大的短程有序排列的原子集团（称为晶胚）可能称为晶核，因此金属结晶的实质就是短程有序的液态结构到长程有序排列的固态结构的过程。第一节纯金属的相变42、冷却曲线的测定纯金属的结晶是在一个恒定

3、的温度下进行，这个温度就是纯金属的熔点，又称作是结晶温度。采用热分析实验方法，测定金属结晶过程中的温度变化，绘制成如右图所示的纯金属冷却曲线。该曲线分为三个明显的阶段。其中平台对应的温度就是纯金属的结晶温度。第一节纯金属的相变53、结晶的条件纯金属液体在无限缓慢冷却条件（平衡条件）下结晶时，所得到的结晶温度称为理论结晶温度（Tm）。实际生产中，冷却速度较大，液态金属将在低于Tm的某一温度（Tn）下开始结晶。金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差(ΔT=Tm—Tn)叫做过冷度。金属始终在过冷情况下结晶，但是同一种

4、金属结晶时的过冷度不是恒定值，他与冷却速度有关。结晶时的冷却速度越大，过冷度越大，则金属的实际结晶温度越低。物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固。凝固后的物质可以是晶体，也可以是非晶体。通常而言，若凝固后的物质为晶体，则这种凝固成为结晶。结晶是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动力。自然界的一切自发转变过程，总是由一种较高的能量状态趋向较低的能量状态。第一节纯金属的相变6结晶是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动力。理论结晶温度T0与实际结晶温度Tn之差称为过冷度，即ΔT=T0—Tn。只有当驱动力达到一定程度时，液态金属才能开始结晶。可见

5、结晶的必要充分条件是液态金属具有一定的过冷度。第一节纯金属的相变7第一节纯金属的相变4、纯铁的结晶热分析法测出的纯铁结晶时的冷却曲线如右图所示。实验表明，过冷度不是一个恒定值，他随物质的性质、纯度以及结晶前液体的冷却速度等因素而改变。对于同一种物质，冷却速度越快，实际结晶温度Tn越低，则过冷度越大，冷却曲线上平台温度与平衡结晶温度Tm之间的温度差越大。8二、纯金属的相变1、纯金属的结晶研究表明，液体金属的结晶由两个基本过程组成：生出细微的晶体核心（形核）和晶体长大（长大）。（1）形核：在过冷液体中形成固态晶核，有两种形核方式：一种是均匀形核，又称为均质形核

6、；另一种称为非均匀形核，又称为非自发形核（也称杂质形核）。第一节纯金属的相变9均匀形核是纯净的过冷液态金属依靠自身原子的规则排列形成晶核的过程。它形成的具体过程是液态金属过冷到某一温度时，其内部尺寸较大的近程有序原子集团达到某一临界尺寸后成为晶核。事实上，对于原子数目较少、尺寸较小的原子集团，在周围液体原子碰撞下，时聚时散，处于不稳定状态，难以形成起到晶核作用。唯有原子数目较多、尺寸较大的原子集团，不仅不易被冲散，还能吸收周围液体中的原子兵长大，起到景和作用。能起景和作用而尺寸最小的原子集团称为临界晶核。临界晶核溶化后的液态结构从长程来说是无序的，而在短程

7、范围内却存在不稳定的但接近于有序的原子集团。由于液体中原子热运动较为强烈，在平衡位置停留较短，股这种有序排列的原子集团此消彼长，即结构起伏或称相起伏。第一节纯金属的相变10（2）晶核的长大：一旦晶核形成，晶核就继续长大而形成晶粒。晶体的长大过程可以看作是液相中的原子向晶核表面迁移、液—固相界面向液相不断推进的过程。界面的推进速度与界面处液相的过冷程度有关。长大的方式有两种：一种是平面状态生长；另一种是树枝状态生长（最常见的方式）。第一节纯金属的相变112、结晶晶粒大小及控制结晶后的晶粒大小及其控制金属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。晶粒的大小称为晶粒度

8、，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。晶粒的大小是形核率N和长大