[工学]第二章2金属的结晶及二元相图ppt课件.ppt

《[工学]第二章2金属的结晶及二元相图ppt课件.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、工程材料与机械制造基础主讲教师-高丽纯金属的结晶1.凝固：物质由液态转变为固态的过程。2.结晶：物质由液态转变为晶态的过程。3.相变：物质由一个相转变为另一个相的过程。因而结晶过程是相变过程。结晶的过冷现象To1.纯金属结晶时的冷却曲线时间温度理论冷却曲线实际冷却曲线Tn结晶平台(是由结晶潜热导致)理论结晶温度实际结晶温度液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差T称过冷度T=T0–Tn过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。纯金属的结晶过程1、结晶的基本过程：液态金属结晶时，都是首先在液态中出现一些微小的晶体－晶核

2、，它不断长大，同时新的晶核又不断产生并继续长大，直至液态金属全部消失为止。结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成.（1）晶核的形成形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。非均匀形核更为普遍。均匀形核非均匀形核示意图(2)晶核的长大晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。均匀长大实际金属结晶主要以树枝状长大.这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝间最后被填充。树枝状结晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶

3、冰的树枝晶（3）金属结晶后的晶粒大小一般来说，细晶粒金属具有较高的强度和韧性。为了提高金属的力学性能，希望得到细晶组织。3、决定晶粒度的因素晶粒大小取决于形核的数目和长大的速度。形核率（N）：单位时间单位体积内形成晶核的数目；长大速度（G）：晶核单位时间生长的长度N/G越大，晶粒越细小。细化晶粒的途径提高冷却速度、增大过冷度V冷△TN/G晶粒细小变质处理：机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。加入一些细小变质剂，增大形核率，减低长大速率。过冷度对N、G的影响三、合金的结晶合金的结晶也是在过冷条件下形成晶核与晶核长大的过程，但因组元较多，合金的结晶过程比纯金属复杂，常用

4、相图进行分析.相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。根据组元数,分为二元相图、三元相图和多元相图。Fe-C二元相图三元相图二元相图的建立几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。二.相图的建立时间温度90705030AB温度A温度温度液相线固相线两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称二元匀晶相图。以Cu-Ni合金为例进行分析。Cu-Ni合金相图1、二元匀晶状态图相图由两条线构成，上面是液相线，下面是

5、固相线。相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L，固相线以下为固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+）。LL+成分（wt%Ni）温度（℃）CuNi液相线固相线二元匀晶状态图(2)合金的结晶过程⑵杠杆定律处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律：①确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成分垂线。在成分垂线相当于温度t的o点作水平线，其与液固相线交点a、b所对应的成分x1、x2即分别为液相和固相的成分。12t则QL+Q=1QLx1+Qx2=x解方程组得式中

6、的x2-x(ob)、x2-x1(ab)、x-x1(ao)②确定两平衡相的相对重量设合金的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q。因此两相的相对重量百分比为：合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。杠杆定律只适用于两相区。例（如图）3)枝晶偏析1）定义：由于冷却速度快，造成晶体中晶粒内化学成分不均匀的现象。例如在Cu-Ni合金中，先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素(如Cu-Ni合金中的Ni)，后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素(如Cu-N

7、i合金中的Cu)。枝晶偏析不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。2）缺点：严重降低合金的力学性能和加工工艺性能。3）消除办法：扩散退火3)枝晶偏析Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织平衡组织枝晶偏析组织2、二元共晶状态图定义：两个组元在液态完全互溶，但固态只能有限互溶且发生共晶反应，构成的相图为二元共晶相图。如：Pb-Sb、Pb-Sn（1）状态图分析ABPb-Sn合金相图液固相线：液相线AEB，固相线ACEDB。A、B分别为Pb、Sn的熔点CF线：Sn在Pb中的溶解度线（α相固溶线）DG线：Pb在Sn中的溶解度线（

8、β相的固溶