第3章 金属系中的相及相图1幻灯片.pptVIP

五、界面能 1．固相—液相界面 （1）如果一个液相被另一个液相完全包围，见图6.18（a），则它将力图达到球形。 （2）如果这个同一液相处于其它两个液相之间，见图6.18（b）那么界面的几何形状将由存在于三对液相间的三个界面张力γ12，γ23，γ31确定。 （3）界面平衡的一个重要例子是发生在固相表面上的一个液相和一个气相的平衡，如图6.20。 2．固相—固相界面 如果在α相中生成球状的β相，那就必须供给全部的界面能 ,相反，如果β相颗粒在晶界上形成的话，则消失的晶界部分能量 被转换成β相的界面能 。更好的转换发生在晶粒的连接点上（如图6.21（c））。采用以下数量级的界面能（用杨氏模量E表示）可对这类转换结果作出粗略的估算。 （1）根据以上所列的次序表明，界面上一个原子的界面能在它周围环境接近于基本金属环境的过程中逐渐降低。 （2）典型显微组织中（共格的）孪晶界的几何关系就是界面能作用的一个例子。与通常三个晶粒间的120°连接点不同，孪晶界几乎垂直于留下的两个（大角）晶界的线，见图6.22（a）。由于γ孪晶仅是γαα的一小部分，简单力学平衡就可以解释这种现象，见图6.22（b）。 （3）如果固溶体α被溶质所过饱和，则α-α晶界是第二相β形核的择优位置，见图6.23（a）。由于两个α-晶粒具有不同的位向，β-相的颗粒只能和其中的一个α晶粒具有低的界面能，即6.23（b）中左边的α晶粒。 （4）在从Pb-7%Sn的固溶体（α）中析出富Sn的β相时，β相的片在α相的（111）晶面（叫做惯析面）上形成。使这个晶面成为低能量界面的位向关系是 （010）β‖（111）α，[001]β‖[110]α 当高能量界面被低能量界面所取代时，见图6.23（c），产生了一个β相的小片，这个小片借助于沿晶界扩散过来的溶质原子而向右边的α晶粒内长大。形核和长大过程随后也在邻近位置重复进行，见图6.23（d），因而最终在转变了的α相内构成由一列β小片组成的“胞”。 § 3-3 不平衡凝固 一、正常凝固时的偏析 1．如果平衡图的相应部分具有图7.22所表示的形状，（在温度T1）最初形成的固体浓度为CS’，比率k0=CS’/CL’被称为平衡分配系数。 3．为了考虑倾向于在固—液相界面上形成的为溶质富化（或贫化）的液体层，采用了有效分配系数k而不是k0。 k1=CS/CL CS 为正在形成的那一层固溶体的溶质浓度，CL是所有残余液体的平均浓度。 §3-4 典型的工业上的平衡图 一、铁合金相图 1．对钢来说主要应用Fe-C二元相图就可以了，因为钢中（普通碳钢）的合金元素含量较低，对相图影响不大。 2．对铸铁来说主要应用Fe-C双重相图，很多情况下应该应用Fe-C-Si三元伪相图。 二、铝合金相图 铝合金二元相图主要特征是共晶型相图，在实际工业应用中主要应用三元相图，大部分应用铝合金三元相图的铝角部分。 三、铜合金相图 (Cu-Zn黄铜 ,Cu-Ni 白铜 ，除此以外均成为青铜（Cu-Sn)) 1．对青铜来讲，由于凝固时偏差较大，因此实际工业应用多用实用相图，这要比平衡相图简单得多。 2．对黄铜来讲，用锌含量系数及锌含量来代替锌的比例，这样用Cu-Zn二元相图就可以分析多元黄铜合金。 四、锌合金相图 锌合金主要是锌铝合金，其它成分含量较少，故利用Zn-Al二元相图就可以进行分析。 五、镁合金相图 大多数镁合金以铝作为主要强化作用的合金元素，锌、锰通常溶入α和β固熔体，故一般在Mg-Al平衡相图的基础上就可圆满地解释许多镁合金的组织。 六、钛合金相图 1．在钛合金中常用的是如图7.55所示的α-β钛合金相图。这个状态图对Ti-Mo和Ti-V来说是非常正确的。 四、表面能 1．因为每平方米表面将引起附加能量γJ/m2,所以一个给定的体系力图将其表面积减至最小，从而将这种型式的能量减至最低。 2．表面能或界面能的许多问题可以更方便地用相应的表面张力来使其形象化。表面张力的一个重要实例是毛细管的吸引力，它将反抗重力的作用而把液态金属向上吸引。 （4）当一个固态金属的两个晶粒和一个液相区发生连接时，图6.21（a），在平衡时，由液相区形成的角θ被称为二面角。因此，小体积液体沿着晶界获得透镜形状，图6.21（b），或者在三个固相晶粒的连接处取得类似形状，图6.21（c）。 因为表面张力的水平分量必须平衡 所以： 1）如果 则θ值在120°左右，小液体沿着晶界获得透镜形状（6.21（b))，或者在三个固相晶粒的连接处取得类似的形状（6.21（c)). 2）如果