2 金属及合金的结构与结晶.ppt

Pb Sn Sn% T,?C 液相线 L 固相线 ? ? ? + ? L + ? L + ? ?固溶线 ?固溶线 相界线把共晶相图分成六个相区：三个单相区L、α、β相区；三个两相区为L+a、L+β、α+β相区。共晶线DCE是L、α、β三相平衡的共存线。 （1）相图分析 铅-锡合金相图 Pb Sn WSn(%) T ? L ? 183 327.5 231.9 B A 19.2 97.5 E F G D L+? L+? ? +? 61.9 C ? Pb—Sn相图 各成分合金的组织构成 E A B C D F G α先共晶+βⅡ +(α+β)共晶 β先共晶+αⅡ +(α+β)共晶 (α+β)共晶 αⅠ+βⅡ βⅠ+αⅡ αⅠ 共晶组织形态 层片状(Al-CuAl2定向凝固) 条棒状(Sb-MnSb横截面) 螺旋状（Zn-Mg） Pb-Sn共晶组织 亚共晶组织(50% Sn 的Pb-Sn合金) 共晶(???) 初生? ?Ⅱ 过共晶平衡组织(70% Sn 的Pb-Sn合金) 共晶(???) 初生? ?Ⅱ 在一定温度下，由一个液相包着一个固相生成另一新固相的反应称包晶转变或包晶反应。 水平线PDC称包晶线，与该线成分对应的合金在该温度下发生包晶反应：LC+?P?β D 。该反应是液相L包着固相?, 新相 β 在L与α的界面上形核，并向L和?两个方向长大。 3、二元包晶相图 共析转变也是固态相变。 最常见的共析转变是铁碳合金中的珠光体转变: ?S ? ?P+ Fe3C 。 4、共析反应相图 共析反应(共析转变)是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。 P S (?—奥氏体，?—铁素体，Fe3C—渗碳体) 共析相图与共晶相图相似，对应的有共析线(PSK线)、共析点(S点)、共析温度、共析成分、共析合 金(共析成分合金)、亚共析合金(共析线上共析点以左的合金)、过共析合金(共析线上共析点以右的合金)。 铁碳合金相图 共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体)。 与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，而不是液相。 另外，由于固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。 珠光体 恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的新固相。 ? ? ? + ? 共析反应 恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相。 L + ? ? ? 包晶反应 恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的新固相。 L? ? + ? 共晶反应 说明 反应式 图形特征 反应名称 常见三相等温水平线上的反应 相图与合金性能之间的关系 (一) 合金的使用性能与相图的关系 ①两相机械混合物的合金:性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平均值，如： HB混=HB? ?Q? +HBβ?Qβ (Q? 、Qβ为两相相对重量) ② 单相固溶体的合金： 性能随成分呈曲线变化，随溶质含量增加，σ、HB、?增加，塑性下降。 ③ 形成稳定化合物的合金： 性能-成分曲线出现拐点。 (二) 合金的工艺性能与相图的关系 ①固溶体合金液固相线间距越大、偏析倾向大, 树枝晶发达, 流动性降低, 补缩能力下降, 分散缩孔增加. ②共晶合金结晶温度低，流动性好，缩孔集中， 偏析小， 铸造性能好。 本章完，内容很多，需要同学们反复琢磨、深入理解。 * （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：作为非均质形核的核心，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。 4、金属铸锭的组织 铸锭组织 表面细晶粒层 中间柱状晶粒层 中心等轴晶粒层 第二节 合金的结构与相图 固溶体 金属间化合物 主体金属 金属元素 非金属元素 制备 新型合金 添加 添加 新型合金 中的合金相 一、合金怎么来的？ 合金：是指由一种金属元素与另外一种或多种金属或非金属元素，通过熔炼或烧结等方法所形成的具有金属性质的新金属材料。如：碳素钢（铁、碳）；黄铜（铜、锌）；铅青铜（铜、锌、铅） 组元：组成合金的最基本的、能独立存在的物质。组成合金的各个化学元素及稳定的化合物都 是组元。合金中有几种组元就称之为几元合金。碳素钢是二元合金，铅青铜是三元合金。 二、合金中的相结构 合金系：是指具有相同组元，而成分比例不同的一系列合金。如各种碳素钢。 相：是指在合金中，凡是化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分隔开来的一个均匀区域。在一个相中可以有多个晶粒，但是一个晶粒中只能是同一个相。相比纯金属的晶体结构可以用体心、面心等描述，相就是合金的晶体结构！