第02章 凝固与相变20091020资料.pptVIP

第二章 金属材料的凝固与固态相变 第一节 纯金属的结晶 凝固与结晶的概念 结晶的现象与规律 同素异晶(构)转变 晶体的结晶 结晶的能量条件及结构条件 2. 过冷现象与过冷度 过冷现象 ( supercooling )：结晶时，实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度 ( degree of supercooling ) ΔT = T0 – Tn 过冷是结晶的必要条件。 结晶的冷却曲线 1.纯金属结晶时的冷却曲线 非晶体的凝固过程 二 金属的结晶 2、结晶的一般过程—形核+核长大 （二）晶体的长大方式（生长形态） 2.影响形核和长大率的因素 1)过冷度的影响 2)难熔杂质的影响—提高形核率 三、晶粒大小及控制 1、晶粒度—用于描述晶粒大小的参数 常用的表示方法 （1）单位体积的晶粒数目（ZV）；或单位面积内的晶粒数目（ZS）或晶粒的平均线长度（或直径）表示 晶粒大小的控制 第二节 金属的同素异构转变 纯铁的同素异晶( allomorph )转变反应式: 纯铁的冷却曲线 同素异构转变的过程,也就是原子重新排列的过程,它也遵循生核与长大的基本规律.由此可见,同素异构转变实质上也是一种广义的结晶过程,与液-固结晶过程不同之处在于晶体结构的转变是在固态下进行的. 第二节 合金的结晶 一、二元相图的建立 二、二元相图的基本类型与分析 1、二元匀晶相图 2、二元共晶相图 3、二元包晶相图 4、形成稳定化合物的二元相图 5、具有共析反应的二元相图 6、二元相图的分析步骤 7、相图与合金性能之间的关系 1. 二元合金的相图和凝固 2、相图的建立—常用热分析法 因此两相的相对重量百分比为： 上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。 在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分. 杠杆定律只适用于两相区。 例（如图） 三、二元共晶相图 四、其它类型相图 相图与合金物理、力学性能之间的关系 合金的流动性、缩孔性质与相图之间的关系 铸锭（件）的凝固 铸锭（件）的结晶组织 实际生产中，金属或合金在定模或铸型中结晶组织都有三个晶区： 1.细等轴晶区 晶粒细小，取向随机，尺寸等轴，因为浇铸时锭模温度低，大的过冷度加上模壁和涂料帮助形核，大的形核率使与锭模接触的表层得到等轴细晶区。 纯铁的冷却曲线 ⑵ 奥氏体: 碳在? -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 ? 表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。 ⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、强度低，脆性大，塑性几乎为零。 二、铁碳合金相图的分析 ⒈ 特征点 2、相图中各点的参数及含义 ⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ABCD， 固相线—AHJECFD ⑵ 三条水平线： HJB：包晶线LB+δH? ?J ECF：共晶线LC? ?E+Fe3C 共晶产物是? 与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体, 用Le表示。为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。 PSK：共析线 ?S ?FP+ Fe3C 共析转变的产物是?与Fe3C的机械混合物, 称作珠光体，用P表示。 ⑶ 其它相线 GS,GP—? ? ? 固溶体转变线, GS又称A3 线. HN,JN—δ? ? 固溶体转变线， ES—碳在? -Fe中的固溶线。又称Ac m线。 PQ—碳在?-Fe中的固溶线。 ⑶ 三个三相区：即HJB (L+?+?)、ECF(L+?+ Fe3C)、PSK(?+?+ Fe3C)三条水平线 三、典型合金的平衡结晶过程 ⑵钢(0.0218~2.11%C)高温组织为单相奥氏体 ①亚共析钢 0.0218~ 0.77%C ② 共析钢 0.77%C ③过共析钢 0.77~2.11%C ⑶ 白口铸铁，含碳 2.11~6.69%，铸造性能好, 硬而脆 ① 亚共晶白口铸铁 (2.11~4.3%C) ② 共晶白口铸铁(4.3%C) ③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69%C) 二、典型铁碳合金结晶过程分析 1．含碳0.01%的工业纯铁 2.含碳0.77%的共析钢（合金②） 3.含碳0.40%的亚共析钢（合金③） 4．含碳1.2%的过共析钢（合金④） 5．含碳4.3%的共晶白口铁：（合金⑤） 6．含碳3.0%的亚共晶白口铁：（合金⑥） 7．含碳5.0%的过共晶白口铁（合金⑦） 2.共析钢(C%≈0.77%) 室温下，珠光体