第2章金属材料的凝固与固态课件.ppt

2.1 纯金属的结晶 2.2 合金的凝固 2.3 铁碳合金平衡态的相变基础 2.4 钢在加热时的转变 2.5 钢在冷却时的转变 2.6 焊接接头的相变 晶体的结晶 ＊＊ 1. 凝固的基本概念 非晶体的凝固 金属的结晶过程＊＊ 2. 金属的结晶 影响形核和长大的因素＊＊ 晶粒大小及控制＊＊ 晶体的同素异构现象 3. 材料的同素异构现象 同分异构 概念：结晶、过冷度   非晶固态可以看作粘滞系数很大的“熔体”。所以，非晶体的凝固是在一个温度范围内逐渐完成的。 非晶体处于亚稳状态。 形核与长大的过程。(晶核) 形核包括自发形核和非自发形核。 晶核的长大方式：枝晶长大 晶粒大小与形核率N（晶核数/(s·cm3)）和长大速度G（cm／s）有关 。 影响形核率和长大速度的重要因素是冷却速度(或过冷度)和难熔杂质 。 (1)晶粒度的概念(晶粒大小的量度) 影响晶粒度的主要因素是形核率 N 和长大速度G。 晶粒愈小，则金属的强度、塑性和韧性愈好。 (2)晶粒大小的控制 1)增大过冷度 过冷度愈大，比值N／G也愈大，晶粒就愈细。 2）变质处理 向液态金属中加入某些变质剂，以细化晶粒和改善组织，达到提高材料性能的目的。 同种晶体材料中，不同类型晶体结构之间的转变称为同素异构转变。 遵循生核与长大的基本规律。 把化学成分相同，而组成原子排列成不同的分子结构的现象称为同分异构。 同分异构分为两种，一种是结构异构体(丙醇和异丙醇、甲醚和乙醇)，另一种是立体异构体。 相图的建立 匀晶相图 共晶相图 包晶相图及其他相图 合金的使用性能与相图的关系 合金的工艺性能与相图的关系 铸锭(件)结晶组织 铸锭(件)结晶组织的特性 影响铸锭(件)结晶组织的因素 相图:又称为平衡图或状态图，是表明合金系中不同成分的合金在不同温度下所存在的相以及相与相之间关系的图形。 相图的建立：热分析法。 两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图称为二元匀晶相图。具有这类相图的合金系有Cu—Ni、Cu—Au、Au—Ag、Fe—Ni、w—Mo等。 设一合金的含B量为K，质量为1。 根据质量守恒定律得下列方程： QL+Q?=1 QLX+Q?X′=K 求解方程得 在实际铸造条件下，一般冷却较快，原子扩散来不及充分进行，会使先结晶出来的固相含高熔点组元量较高。这种在一个晶粒内化学成分不均匀的现象称为晶内偏析，或称枝晶偏析。 消除或改善办法是：采用扩散退火(亦称均匀化退火) 二元共晶相图:两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解(或不溶)，并在结晶时发生共晶转变所构成的相图。 共晶转变 ： 图2．16 Pb—Sn合金共晶组织 共晶反应要点 X3合金结晶过程分析（亚共晶合金） 图2．16 Pb—Sn合金共晶组织 3)k点以左和h点以右的合金 X1合