机械设计基础PPT课件金属材料组织和性能的控制教案资料.ppt

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1、机械设计基础PPT课件金属材料组织和性能的控制2纯金属结晶的条件ΔFΔTTFF固F液ΔF=F固－F液≤0结晶驱动力自然界的自发过程进行的热力学条件都是ΔF≤0只有当液体的过冷度达到一定的大小，使结晶的动力ΔF大于建立界面所需要的表面能时，结晶过程才能开始进行。自由能温度2.金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶单元533、纯金属的结晶过程2.金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶单元54①.形核——自发形核非自发形核②.长大——平面长大树枝状长大结晶过程——2.金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶单元552.金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶单元56

2、二、同素异构转变δ-Fe(bcc)γ-Fe(fcc)a-Fe(bcc)1394℃912℃1394℃1538℃912℃δ-Feγ-Fe(fcc）a-FeT时间770℃居里点以纯铁为例γ-Fe(fcc)a-Fe(bcc)铁的体积会膨胀1％2.金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶单元57纯铁同素异构转变2.金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶单元58三、晶粒尺寸的控制（1）晶粒度单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）表示（2）过冷度对形核一长大的影响过冷度ΔT提高，N提高、G提高过冷ΔT太高，N降低、G降低（3）控制晶粒度的因素①提高过冷度②变质处理在液态

3、金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。③振动，搅拌等2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元61一、合金相图类型相图是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各项的成分和相对质量不在变化所达到的一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。（一）二元合金的结晶2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元62根据结晶过程中出现的不同类型的结晶反应，可把二元合金的结晶过程分为下列几种类型。1.发生匀晶反应的合金的结晶2.发生共晶反应的合金的结晶如

4、Pb-Sn合金相图3.发生包晶反应的合金的结晶如Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb合晶具有包晶相图4．发生共析反应的合金的结晶2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元63发生匀晶反应的合金的结晶Cu-Ni相图为典型的匀晶相图，合金发生匀晶反应：L→α,从液相中逐渐结α晶出固溶体。2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元642.发生共晶反应的合金的结晶如Pb-Sn合金相图由一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应叫共晶反应。生成的两相混合物叫共晶体。2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元653.发生包晶反应的合金的结晶如Pt-Ag、Ag-Sn、Sn

5、-Sb合晶具有包晶相图包晶反应：Αc+Ldβ一种固相和液相结晶出另外一种固相，发生包晶反应时三相共存，他们的成分确定，反应在恒温下平衡地进行。2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元664．发生共析反应的合金的结晶由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相，此两相混合物称为共析体。2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元67（二）合金的性能与相图的关系1.合金的使用性能与相图的关系固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关，溶质的溶入量越多，晶格越大，合金的强度、硬度越高，电阻越大。合金的某些性能可按组成相性能依质量分数的关系叠加的办法求出。例如硬度：HB=HB

6、α·ω(α)+HBβ·ω(β)对组织较敏感的某些性能如强度等，与组成相或组织成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密，强度越高。但形成化合物时，则在性能---成分曲线上于化合物成分处出现极大值或极小值。2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元682.合金的工艺性能与相图的关系合金的铸造性能与相图的关系：纯组元和共晶成分的合金的流动性最好，缩孔集中，铸造性能好。相图中液相线和固相线之间距离越小，液体合金结晶的温度范围越窄，对浇注和铸造质量越有利。合金的液、固相线温度间隔大时，形成枝晶偏析的倾向性大；同时先结晶出的树枝晶阻碍为结晶液体的流动，而降低其流动性，增多

7、分散缩孔。所以，铸造合金常选共晶或接近共晶的成分。2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元69合金的锻造性能与相图的关系：合金为单相组织时变形抗力小，变形均匀，不易开裂，因而变形能力大。双相组织的合金变形能力。双相组织的合金变形能力差些，特别是组织中存在有较多的化合物相时更是如此，因为他们都很脆。2.金属材料组织和性能的控制2.2合金的结晶单元71二、铁碳合金组织（一）、Fe-Fe3C相图的组元1．Fe组元性能特点—强度低、硬度低、韧性、塑性好2．Fe3C  （Cem，Cm）性能特点—熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零