二元合金与铁碳合金相图ppt课件.ppt

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1、凝固：物质由液态转变为固态的过程称为凝固。结晶：凝固形成晶体的过程称为结晶。相变：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(纯)金属的结晶1、结晶的概念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T0点所对应的温度为理论结晶温度；在该温度下,液体和晶体处于动平衡状态.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.纯金属的冷却曲线结晶的概念过冷与过冷度过冷:液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象。过冷度:理论结晶温度与实际结晶温

2、度的差T称过冷度T=T0–T1过冷度大小与冷却速度有关，同一液体金属，冷却速越大，过冷度越大。结晶的概念2、结晶的过程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，称为晶坯。在T0以下,经一段时间后(即孕育期),一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。T0T1ΔT液体和晶体自由能随温度变化结晶的过程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。晶核的形成方式形核方式：均匀(自发

3、)形核和非均匀(非自发)形核。自发形核：由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。非自发形核：以液体中存在的未溶颗粒为核心形核称非均匀形核。非均匀形核更为普遍。均匀形核结晶的过程未溶颗粒(杂质)与液态金属的结构愈接近，则杂质作为结晶核心的可有性就愈大.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实际金属结晶主要以树枝状长大.这是由于实际金属结晶时冷却速度较大，而晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次晶轴，一次晶轴又会产生二次晶轴…，树枝间最后被填充。负温度梯度结晶的过程树枝状结晶金属的树

4、枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶结晶的过程3、晶粒大小及其控制晶粒大小及其控制1）、影响晶核形成和长大的因素A．晶粒度①晶粒度表示晶粒大小，由平面截面单位面积内所包含晶粒个数来表示；②晶粒度级别越高，晶粒越细；③也可用晶粒平均直径来表示晶粒的大小。④YB27-64中对结构钢规定了八级晶粒度标准。⑤其它金属也有各自的晶粒度标准。B．晶粒度对金属性能的影响分析：①晶粒越细，常温强度越高，塑性韧性有所改善。②多数情况下，工程上希望通过金属材料的晶粒细化而提高金属的机械性能。晶粒大小及其控制C、影响晶粒度的因素：形核率和成长率形核率N

5、：指单位时间单位体积内形成晶核的数目。长大速度G：指单位时间内晶核生长的长度。N、G与ΔT的关系分析：晶粒大小取决于N和G；其比值N/G越大，晶粒越小。晶粒大小及其控制2）铸态金属晶粒细化的方法（三种）⑴增大过冷度：随过冷度增加，N/G值增加，晶粒变细。方法：铸造浇铸时降低浇铸温度，用金属型、石墨型代替砂型等增加ΔT，也可采用降低浇注温度、慢浇注等。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。如在钢中加入钛，在铁中加入钙等。晶粒大小及其控制向铸铁中加入添加剂称为孕育处理；向有色合金

6、中则称变质处理。Al-Si合金组织缓冷快冷未变质变质晶粒大小及其控制铸铁孕育处理前后的组织处理前处理后孕育处理使组织细化。孕育剂为硅铁或硅钙合金。晶粒大小及其控制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。方法：机械振动、超声波振动、电磁搅拌等电磁搅拌细化晶粒示意图晶粒大小及其控制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)晶粒大小及其控制1.3二元合金与铁碳合金相图1.3.1二元合金的结晶1.3.2二元合金相图1.3.3合

7、金的性能与相图的关系1.3.4铁碳合金的结晶1.3.1二元合金的结晶1、合金中的相结构合金是指由两种或两种以上金属元素或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。相：是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。单相合金两相合金二元合金的结晶2、固溶体与化合物⑴固溶体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。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-

8、C间隙固溶体二元合金的结晶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。无序固溶体:溶质原子呈无序分布.有序固溶体:溶质原子呈有序分布。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。