金属的结晶与相图ppt课件.ppt

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1、第三章金属的结晶第一节纯金属的结晶第二节合金的结晶第三节铁碳合金相图第四节凝固组织及其控制1第一节纯金属的结晶一.冷却曲线与过冷度二.结晶的一般过程三.同素异构转变2物质由液态转变为固态的过程称为凝固。物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是相变过程。玻璃制品水晶3一、冷却曲线与过冷1、冷却曲线金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度T1。曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的.纯金属的冷却曲线42、

2、过冷与过冷度纯金属都有一个理论结晶温度T0(熔点或平衡结晶温度)。在该温度下,液体和晶体处于动平衡状态。结晶只有在T0以下的实际结晶温度下才能进行。雾凇5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–T1过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。6二、结晶的一般过程1、结晶的基本过程结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成.液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶胚。T0T1ΔT液体和晶体自由能随温度变化晶核的大小

3、也即晶核半径与ΔG有密切关系在T0以下,经一段时间后(即孕育期),一些大尺寸的晶胚将会长大，称为晶核。7晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。82、晶核的形成方式形核有两种方式，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93、晶核的长大方式晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。均匀长大树枝状长大

4、的实际观察10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。负温度梯度11树枝状结晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶12三、同素异构转变构转变。同素异构转变属于相变之一—固态相变。1、铁的同素异构转变铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：1394℃912℃-Fe⇄-Fe⇄-Fe物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异纯铁的同素异构转变13-Fe、-Fe为体心立方结构

5、(BCC)，-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。-Fe-Fe142、固态转变的特点⑴形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、特定晶面等）。⑵由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。⑶固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。固态相变的晶界形核(Sn-0.5%Cu铸态，255K)锡疫返回15第二节合金的结晶一、二元相图的建立二、二元相图的基本类型与分析1、二元匀晶相图2、二元共晶相图3、二元包晶相图4、形成稳定化合物的二元相图5、具有共析反应的二元相图6、二元相图的分析步骤7、

6、相图与合金性能之间的关系16合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析.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。相图通常以温度和成分为独立变量。17合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。多数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元,如Fe-C合金中的Fe3C。Cu-Ni合金相图L成分（wt%Ni）温度（℃）CuNi18相图表示了

7、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19二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例]1.配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。2.将临界点标在温度—成分坐标中的成分垂线上。3.将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线叫固相线。一、二元相图的建立几乎所有的相图

8、都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。20二、二元相图的基本类型与分析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、二元匀晶相图21相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。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22⑴合金的结晶过程除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似