第三章 金属的结晶与二元合金相图ppt课件.ppt

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1、第三章金属的结晶与二元合金相图(P26)结晶——是指晶体材料的凝固，或者说是原子由不规则排列状态（液态）过渡到规则排列状态（固态）的过程。相图——是表示在平衡状态下合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。铸态组织（P26）铸态组织：是指结晶之后得到的金属材料的显微组织。是指其晶粒的形态、大小、取向及缺陷（疏松、夹杂、气孔等）和界面的形貌等。铸态的显微组织决定着铸态材料的使用性能和加工工艺性能。掌握结晶规律可以帮助我们有效地控制金属的凝固条件，从而获得性能优良的金属材料。第一节金属结晶的基础知识一、金属结晶的温度与过冷现象（P26）1、理论结晶温度T0:又称平衡结晶温度。

2、（冷速极慢）也就是金属的熔点Tm。2、实际结晶温度Tn:在某一实际冷却速度下的结晶温度。☆纯金属通常在恒温下结晶；☆多数合金通常在一个温度区间内结晶。第一节金属结晶的基础知识一、金属结晶的温度与过冷现象（P26）3、过冷度（△T）:理论结晶温度与实际结晶温度之差。对于纯金属：△T=T0－Tn4、金属的结晶都是在一定的过冷度下进行的，这种现象称过冷现象。第一节金属结晶的基础知识一、金属结晶的温度与过冷现象（P27）5、影响过冷度大小的主要因素:1）金属液的冷却速度；2）金属液中杂质含量。第一节金属结晶的基础知识一、金属结晶的温度与过冷现象（P27）6、金属结晶的两个条件:

3、1）动力学条件:△T＞0（△F＜0）2）热力学条件:一定的扩散能力。△F:两相的自由能差值F固F液温度二、金属的结晶（一）金属结晶的一般过程（P27）金属的结晶过程包括成核和长大两个基本过程。晶核:作为结晶核心的极细小的固相晶体。二、金属的结晶（二）晶核的形成（P28）1、均匀（自发）成核——在均匀的液态母相中自发形成新相晶核的过程。γc=（2σTm）/（LΔT）γc—临界晶核半径；σ—表面能；L—熔化潜热；Tm—熔点2、非均匀成核——依附于母相中某些现成界面而成核的过程。二、金属的结晶（三）晶核的长大（P28）晶核长大就是晶核的固体界面向母相内不断地推进。晶核长大方式

4、☆树枝状长大；☆平面长大。（四）金属结晶后的晶粒大小（P29）晶粒的大小通常以晶粒度来表示。而晶粒度又以单位截面内晶粒的数目的多少来划分的。细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法。晶粒越细小，材料的强度、硬度越高，塑性越好。（这是其它强化方法所不能的）影响晶粒大小的因素（P29）1、成核率（N）——在单位时间和单位母相体积内所形成晶核的数目。成核率越大，晶粒越细小。2、长大率G——（晶核长大线速度）是指单位时间晶核界面向母相中推进的距离。长大率越大，晶粒越粗大。过冷度与晶粒大小的关系（P30）增加过冷度，成核率N与长大率G均会增加，但成核率N的增加速度更快

5、些。所以增加过冷度会细化晶粒。晶粒度变质处理(P30)增加冷却速度虽然可以细化晶粒，但同时使结晶时的铸造应力增加；对于较大体积的铸锭与铸件提高冷却速度是困难的。变质处理——即在浇铸之前向金属液中加入某些物质（变质剂）来促进晶粒细化。细化晶粒的主要方法（总结）1、增加冷却速度:例如：由砂型铸造改为金属模铸造，可以提高铸件的力学性能。2、变质处理:例如铸铁和铝硅合金（前者加Si-Fe合金，后者加NaF+NaCl混合盐)3、物理方法:振动、搅拌等三、金属铸锭的铸态组织及缺陷（P37）金属结晶产品大致可以分为三类：1、结晶后在铸造状态下直接使用——铸件；2、结晶后要进行轧、锻—

6、—铸锭；3、结晶形成制件的一个组成部分，如焊件的焊缝、金属的热渡层等。三、金属铸锭的铸态组织及缺陷（P37）铸态组织——金属结晶后其晶粒的形态、大小、取向、缺陷和界面的形貌。铸态组织缺陷——疏松、夹渣、气孔和偏析等。金属铸锭典型的铸态组织（P30）如图3—5c所示是典型的铸锭晶粒形态示意图:表层细晶区柱状晶区中心等轴晶区第二节合金结晶与二元合金相图（P31）相图——是表示在平衡状态下合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。（平衡状态图）☆平衡状态下——极缓慢的冷却速度下一、二元合金相图的测画(P32)I：纯铜；II：75%Cu+25%NiIII：50%Cu+50%Ni

7、IV：25%Cu+75%NiV：纯Ni二、二元合金相图基本类型及合金的结晶过程（P32）二元合金相图基本类型:（一）匀晶相图（二）共晶相图（三）包晶相图（一）匀晶相图（P32）匀晶相图——是指合金组元在液、固两相下均能无限互溶，结晶时只结晶出单相固溶体组织的合金相图。如Au-Ag、Ni-Cu等二元合金系。匀晶转变——由液相直接结晶成单相固溶体的结晶转变。Lα液相区（一）匀晶相图1、相图分析及合金结晶过程(P32)液相区L双相区L+α固相区α液相线固相线固相区双相区匀晶相图合金的结晶过程☆在不同温度下刚刚结晶出来的固相的化学成分是不相同的，