工程材料 教学课件 作者 王正品 第3章　金属的结晶与二元相图.pptx

《工程材料 教学课件 作者 王正品 第3章　金属的结晶与二元相图.pptx》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、36766-03a主编第3章　金属的结晶与二元相图3.1　纯金属的结晶3.2　合金的结晶3.3　铁碳合金的结晶3.1　纯金属的结晶3.1.1　结晶的热力学条件3.1.2　纯金属的结晶过程3.1.3　结晶后晶粒的大小及控制3.1.4　金属铸锭(铸件)的宏观组织及控制3.1.1　结晶的热力学条件3-1.TIF3.1.1　结晶的热力学条件结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现象称为过冷(supercooling)。结晶的驱动力是实际结晶温度Tn下晶体与液体的吉布斯自由能差ΔGV，结晶的热力学条件是该吉布斯自由能差小于零。而理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn的差值ΔT称为过冷度(degreeofs

2、upercooling)，即3.1.1　结晶的热力学条件图3-2　纯金属的冷却曲线3.1.2　纯金属的结晶过程1.晶核的形成方式2.晶核的长大方式3.1.2　纯金属的结晶过程图3-3　纯金属结晶过程示意图1.晶核的形成方式液态金属中尺寸不同的短程有序的原子集团，在结晶温度以下，超过临界尺寸的原子集团开始变得稳定，成为结晶核心，逐渐长大。这种由金属原子在液体内部自发、均匀地形成结晶核心的过程称为自发形核或均匀形核(homogeneousnucleation)。2.晶核的长大方式图3-4　液固界面前沿的温度分布方式a)正温度梯度　b)负温度梯度2.晶核的长大方式图3-5　晶粒长大方式a)平面长大　

3、b)树枝状长大3.1.3　结晶后晶粒的大小及控制(1)增大过冷度　过冷度越大，结晶时形核率越高，金属结晶后晶粒越多，晶粒越细小。(2)变质处理　在金属熔液凝固之前加入变质剂(也称孕育剂或形核剂，catalystorinoculants)，提高非自发形核的形核率，可有效地细化晶粒。(3)振动　对金属熔液进行振动，可使已结晶的枝晶破碎，变成多个晶核，使形核增殖，细化晶粒。(4)搅拌　对正在结晶的金属液进行搅拌，目的也是使已结晶的枝晶破碎，变成多个晶核，使形核增殖，细化晶粒。3.1.4　金属铸锭(铸件)的宏观组织及控制1.铸锭(铸件)的宏观组织2.铸锭(铸件)的缺陷1.铸锭(铸件)的宏观组织图3-6

4、　铸锭的典型宏观组织示意图1.铸锭(铸件)的宏观组织图3-7　铸锭宏观组织图a)铸锭横截面组织图　b)铸锭纵截面组织图2.铸锭(铸件)的缺陷(1)缩孔(2)疏松(3)气孔(4)偏析(1)缩孔大多数金属结晶时会发生体积收缩。先结晶区域的体积收缩能够得到金属液的补充，后结晶的部分得不到补充就会形成缩孔(shrinkage)，通常在最后结晶的部位会形成集中缩孔(pipes)。(2)疏松先结晶形成的树枝晶体积收缩后，金属液未能及时补充到枝晶间，就会形成细小分散的缩孔，称为分散缩孔或疏松(interdendriticshrinkage)。(3)气孔气体在金属液体中的溶解度大于在金属固体中的固溶度，结晶时

5、会有气体析出；若铸型内的气体、液态金属和铸型材料反应产生的气体、液态金属内部熔解产生的气体等在结晶时来不及逸出，就会保留在金属内部，形成气泡(gasporosity)。(4)偏析图3-8　铸造缺陷a)铸造裂纹　b)气孔3.2　合金的结晶3.2.1　相图的基本知识3.2.2　匀晶相图3.2.3　共晶相图3.2.4　包晶相图3.2.5　其他类型的二元合金相图3.2.6　二元相图的分析方法3.2.7　相图与金属性能之间的关系3.2.1　相图的基本知识1.相律2.相图的表示与建立3.杠杆定律1.相律相律(phaserule)是表示合金系在平衡条件下，系统的自由度(freedom)、组元数(number

6、ofcomponents)和平衡相数(numberofphases)三者之间关系的定律。可以证明，它们之间的关系为2.相图的表示与建立图3-9　Cu-Ni二元合金相图建立示意图a)Cu-Ni合金系冷却曲线　b)Cu-Ni二元合金相图3.杠杆定律杠杆定律(leverrule)是用来确定两相平衡时两平衡相成分和其质量分数的计算工具。当合金在某一温度下处于两相区时，由相图不仅可以知道两相的成分，还可用杠杆定律来确定两平衡相的质量分数。杠杆定律只适用于两相区。3.杠杆定律图3-10　杠杆定律应用及其力学比喻3.2.2　匀晶相图1.固溶体合金的平衡结晶过程2.固溶体合金的非平衡结晶过程1.固溶体合金的平

7、衡结晶过程图3-11　Cu-Ni二元合金的结晶过程2.固溶体合金的非平衡结晶过程图3-12　Cu-Ni合金的非平衡结晶示意图a)枝晶偏析示意图　b)枝晶偏析金相组织图3.2.3　共晶相图1.相图分析2.合金的平衡结晶过程1.相图分析图3-13　Pb-Sn二元合金相图1.相图分析1)相图中的L+α相区和L+β相区为两个不完整的匀晶相图的两相区，其中的AE线和EB线为液相线，分别表示从液相中析出α和β