金属的结晶与二元合金相图ppt课件.ppt

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1、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1.1.4金属的结晶1、结晶的概念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1.1.4金属的结晶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

2、下才能进行。雾凇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。1.1.4金属的结晶2、结晶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。1.1.4金属的结晶晶核形成后便向各方向

3、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。1.1.4金属的结晶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1.1.4金属的结晶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的实际观察1.1.4金属的结晶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

4、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1.1.4金属的结晶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1.1.4金属的结晶3、晶粒大小及其控制1）影响晶核形成和长大的因素表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。可用晶粒的平均面积或平均直径表示。工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。1.1.4金属的结晶晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。过冷度

5、对N、G的影响单位时间内晶核生长的长度叫长大速度(G)。单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)。N/G比值越大，晶粒越细小。因此，凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒。1.1.4金属的结晶2）铸态金属晶粒细化的方法⑴控制过冷度：随过冷度增加，N/G值增加，晶粒变细。⑵变质处理：有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫变质剂。1.1.4金属的结晶Al-Si合金组织缓冷快冷未变质变质1.1.4金属的结晶铸铁孕育处理前后的组织处理前处理后孕育处理使组

6、织细化。孕育剂为硅铁或硅钙合金。1.1.4金属的结晶⑶振动、搅拌等：对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可靠外部输入的能量来促进形核，另一方面也可使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。电磁搅拌细化晶粒示意图超声振动细化晶粒示意图1.1.4金属的结晶气轮机转子的宏观组织(纵截面)细晶的熔模铸件(上)普通铸件(下)1.1.4金属的结晶1.3.1二元合金的结晶1.合金的相结构合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。组成合金的元素可以是全部是金属，也可是金属与非金属。组成合金的元素相互作

7、用可形成不同的相。Al-Cu两相合金黄铜第3节二元合金相图与铁碳合金相图2.固溶体和金属化合物合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称固溶体。习惯以、、表示。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。固溶体是合金的重要组成相，实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。Cu-Ni置换固溶体Fe-C间隙固溶体1.3.1二元合金的结晶①置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序

8、分布的称有序固溶体。黄铜置换固溶体组织1.3.1二元合金的结晶②间隙固溶体溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂<0.59。间隙固溶体都是无序固溶体。1.3.1二元合金的结晶③固溶体的性能随溶质含量增加,固溶体的强度、硬度增加,塑性、韧性下降—固溶强化。产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，