机械工程材料 第3版 作者 王运炎课件 第三章 金属与合金的结晶.pptVIP

4．合金Ⅳ（C、E点间的合金） 图3-16 Pb—Sn合金相图 图3-23 合金Ⅳ的冷却曲线及结晶过程示意图 图3-24 Pb-Sn过亚共晶合金显微组织（100x） （三）合金的相组分与组织组分 综合上述几种典型合金的结晶过程，可以看到Pb—Sn合金结晶所得的组织中仅出现α、β两相。因此α、β相称为合金的相组分。 图3-25 按组织组分填写的Pb—Sn合金相图 （四）比密度偏析 亚共晶或过共晶合金结晶时，若初晶的密度与剩余液相的密度相差很大，则密度小的初晶将上浮（或密度大的初晶将下沉）。这种由于密度不同而引起的偏析，称为比密度偏析。 图3-26 Pb—Sb合金中的密度偏析（100x） 图3-27 固溶体合金的强度、硬度和电阻与相图间的关系 四、合金性能与相图间的关系 （一）单相固溶体合金 匀晶相图是形成单相固溶体合金的相图。 图3-28 固溶体合金的铸造性能与相图间的关系 （二）两相混合物合金 共晶相图中，结晶后形成两相组织的合金称为两相混合物合金。 图3-29 两相混合物合金的硬度和电阻与相图间的关系 图3-30 两相混合物合金的铸造性能与相图间的关系 * * 第一节 纯金属的结晶 第二节 合金的结晶 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 第一节 纯金属的结晶 金属与合金自液态冷却转变为固态的过程，是原子由不规则排列的液体状态逐步过渡到原子作规则排列的晶体状态的过程，这一过程称为结晶过程。 纯金属都有一个固定的熔点（或结晶温度），因此纯金属的结晶过程总是在一个恒定的温度下进行的。金属的结晶温度可用热分析等实验方法来测定。 图3-1 热分析装置示意图 1－电炉 2－坩锅 3－液态金属 4－热电偶 一、 纯金属的冷却曲线和过冷现象 将纯金属加热熔化成液体，然后让液态金属缓慢冷却下来，在冷却过程中，每隔一定时间测量一次温度，然后将记录下来的数据绘制在温度—时间坐标中，得到如图3-2所示的纯金属冷却曲线。 图3-2纯金属冷却曲线的绘制 纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下（即平衡条件下）结晶的温度，称为理论结晶温度，用T0表示，如图3-3a所示。 但在实际生产中，液态金属将在理论结晶温度以下某一温度Tn才开始结晶，如图3-3b所示。 金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T0的现象，称为过冷现象。 理论与实际结晶温度的差ΔT，为过冷度，过冷度ΔT＝T0－Tn。 图3-3 纯金属的冷却曲线 二、 纯金属的结晶过程 纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。 图3-4 纯金属的结晶过程示意图 实验证明，液态金属中，总是存在着许多类似于晶体中原子有规则排列的小集团。在理论结晶温度以上，这些小集团是不稳定的，时聚时散，此起彼伏。当低于理论结晶温度时，这些小集团中的一部分就成为稳定的结晶核心，称为晶核。 树枝状晶体，简称枝晶。 图3-5 树枝状长大示意图 图3-6 锑锭表面的树枝状晶体 三、 金属结晶后的晶粒大小 金属晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示。数目越多，晶体越小。实验表明，晶粒大小对金属的力学性能、物理性能和化学性能均有很大的影响。如金属的强度、硬度、塑性和韧性等都随晶粒细化而提高。 结晶后晶粒大小与形核率N和晶核的长大速率G两个因素有关。 图3-7 形核率N和长大速率G与过冷度ΔT的关系 工业生产中，为了细化铸件的晶粒，以改善其性能，常采用以下方法： （一）增加过冷度 但对于大铸锭或大铸件，要获得大的过冷度不易办到，更不易使整个体积均匀冷却，冷却速度过大往往导致铸件开裂而报废。 （二）变质处理 在液态金属结晶前，介入一些细小的编变质剂。 （三）附加振动 金属结晶时，如对液态金属加机械振动、超声波振动、电磁振动等。 图3-8 纯铁的冷却曲线 四、 金属的同素异晶转变 金属在固态下随温度的改变，由一种晶格变为另一种晶格的现象，称为金属的同素异晶转变。由同素异晶转变所得到的不同晶格的晶体，称为同素异晶体。 图3-8为纯铁的冷却曲线。可知纯铁能够发生同素异晶转变。生产中，有可能对钢和铸铁进行各种热处理，以改变其组织与性能。 图3-9 纯铜的冷却曲线及相图 第二节 合金的结晶 合金相图又称合金平衡图或合金状态图。它表示在平衡状态下，合金的组成相（或组织状态）和温度、成分之间关系的图解。 （一）二元合金相图的表示方法