第三章纯金属结晶与合金的结晶概述.pptVIP

第三章 纯金属结晶与 合金的结晶 第一节 纯金属的结晶 第二节 合金的结晶 第一节 纯金属的结晶 一、纯金属的冷却曲线和过冷现象 1、? 通过热分析法测定冷却曲线 2、?冷却曲线分析 纯金属结晶时，在冷却曲线上出现平台的原因，是由于金属在结晶过程中，释放的结晶潜热补偿了外界散失的热量，使温度并不随冷却时间的增加而下降，直到金属结晶终了后，已没有结晶潜热补偿散失的热量，故温度又重新下降。 3、?过冷现象 金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T0的现象。 过冷度△T= T0－Tn，过冷是结晶的必要条件。 同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。 二、纯金属的结晶过程 结晶的过程是不断形核和长大的过程。 1、?形核 液体中存在着许多类似于晶体的小集团，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。 两种形核方式 —— 自发形核 与 非自发形核 自发形核 由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。 2、?长大 三、晶粒大小对金属力学性能的影响 1、概念 1）?晶粒度——衡量晶粒大小的尺度，常以单位截面上晶粒数目或晶粒的平均直径来表示。 2）?形核率——指单位时间、单位体积中所形成的晶核数目。 3）?长大速度——指单位时间内晶核向周围长大的平均线速度。 2、金属晶粒的细化方法 在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高的强度、塑性和韧性。 这是因为： 晶粒越细，塑性变形越可分散在更多的晶粒内进行，使塑性变形越均匀，内应力集中越小； 晶粒越细，晶界就越曲折，晶粒与晶粒间犬牙交错的机会就越多，越不利于裂纹的传播和发展，彼此就越紧固，强度和韧性就越好 。 （2）变质处理 在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。 变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。 （3）振动结晶 ——机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。 振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。 四、同素异构转变 1、?概念：金属在固体下由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变化称为同素异构转变。由同素异构转变所得的不同晶格类型的晶体称为同素异构体。 2、纯铁的同素异构转变 铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。纯铁的结晶和同素异构转变的过程： 第二节 合金的结晶 一．二元合金相图的建立 1、二元合金相图的表示方法 纯铁的结晶过程，可以利用冷却曲线来研究。如果把冷却曲线上的转变点投影到温度坐标轴上，利用一个纵坐标就可以表示出纯铁在加热和冷却时的组织转变过程。 对于二元合金系，除温度变化外，还有合金成分的变化，因而需要采用两个坐标轴来表示二元合金相图。在二元合金相图中，以纵坐标表示温度，以横坐标表示成分。 2．二元合金相图的测定方法 最基本、最常用的方法是热分析法 1）首先配制一系列不同成分的Cu—Ni合金； 2）用热分析法测出所配制的各合金的冷却曲线； 3）找出各冷却曲线上的相变点； 4）将各个合金的相变点分别标注在温度——成分坐标图中相应的合金垂线上。 5）连接各相同意义的相变点，所得的线称为相界线，这样就得到Cu—Ni合金相图 Cu-Ni合金相图的测定 二、匀晶相图 两组元在液态与固态均可彼此无限溶解的合金相图，称为匀晶相图。这类相图有：Cu-Ni、Fe-Ni、Au-Ag 系。 三、共晶相图 两组元在液态互溶，在固态相互有限溶解，并发生共晶反应的合金相图，称为共晶相图。 具有这类相图的合金有Pb-Sn、Sb-Sb、Cu-Ag、Al-Si等。 共晶反应要点 2.典型的合金结晶过程分析 X1合金结晶特点 （2）X2合金结晶过程分析（共晶合金） （3）X3合金结晶过程分析（亚共晶合金） （4）X4合金结晶过程分析（过共晶合金） 3、合金的相组分与组织组分 四、 共析相图 在高温通过匀晶转变所形成的固溶体，在冷却到某一温度时，又发生分解而形成两个新的固相，这种相图称为共析相图。 从一个固相中同时析出两个不同成分的固相转变称为共析转变 。 与共晶转变对比有以下几个特点： 1）共析转变是固态转变，转变过程中需要原子作大量的扩散，但在固态中的扩散比在液态中困难得多，所以共析转变需要较大的过冷度。 2）由于共析转变过冷度大，因而形核率高，得到的共晶体更细密。 3）共析转变前后晶体结构不同，转变会引起容积变化，从而产生较大的内应力。这一现象在钢的热处理时表现较为明显。 五、合金性能与相图间关系 1、合金的使用性能与相图的关系 ● 固溶体中溶质浓度↑ → 强度、硬度↑ ● 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。 2. 合金的工艺性能与相图的关系 ● 铸造性能 　　液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如