（精）结晶和相图.ppt

工程材料与成形工艺 教 师：王振玲 §2-3 纯金属的结晶 二.结晶的过冷现象 1.纯金属结晶时的冷却曲线 2、过冷与过冷度 三.纯金属结晶的条件 1、能量条件 体系自由能差ΔG0，既 ΔG=Gs-GL。 2、结构条件 三、纯金属的结晶过程 1、基本过程 结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成。 结晶的形核、长大过程 2、晶核的形成方式 （1）自发形核 从液体内部自发形成的结晶核心。 （2）非自发形核 液体金属中依附在一些未熔颗粒表面所形成的晶核。 3、晶核的长大方式 晶核的长大方式有两种：平面长大和树枝状长大。 树枝状长大 四、晶粒大小及控制 1、晶粒度 表示晶粒大小的一种尺度，可用晶粒的平均面积或平均直径来表示。 2、晶粒大小对金属性能的影响 常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好,即细晶强化。 高温下，晶界在外力作用下易产生滑动，因而细晶粒无益。但晶粒太粗易产生应力集中。因而高温下晶粒过大、过小都不好。 有些情况下晶粒越大越好。如硅钢片。 3、决定晶粒度的因素 ——晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。 （3）振动、搅拌 ——包括机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。 §2-4 合金的结晶 主要内容： 相图知识 合金的结晶过程 一、基础知识 1、合金系 合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。 提示2 ——相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。 相图的建立 热分析法 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。 相图的建立过程 三、二元相图的基本类型 1、二元匀晶相图 ——两组元在液态和固态下均无限互溶,并能结晶出单相固溶体的相图，称二元匀晶相图， 如Cu-Ni、Cu-Au合金。 （1）相图分析 “两条线，三个相区” 两条线： 固相线 液相线 液相区 三相区 固相区 两相区 （2）合金的结晶过程 液态金属自高温冷却到 t1温度时，开始结晶出成分为?1的固溶体，其Ni含量高于合金平均成分。 随温度下降，固溶体重量增加，液相重量减少。同时，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。 例题,计算液相和固相的数量？ （4） 枝晶偏析 合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体。但实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，难得到均匀固溶体。 由于冷却速度快，造成在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。 先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。 枝晶偏析不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关：冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。 生产上常将铸件加热到固相线以下 100-200℃ 长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火。 2、二元共晶相图 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图。 共晶线——水平线CED 在共晶线对应的温度下 (183 ℃) ，E点成分的合金同时结晶出C点成分的 ? 固溶体和D点成分的 ? 固溶体，形成这两个相的机械混合物： LE ? ( ?C + ?D ) ——共晶反应的产物，即两相的机械混合物称共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称共晶温度。代表共晶温度和共晶成分的点称共晶点。 析出过程中两相相间形核、互相促进、共同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、点球等形状。 3、二元包晶相图 单相区：L、?、β 二相区：L+?、 L+?、?+? 三相区：L+?+? （水平线PDC） 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 ?βD 。 该反应是液相L包着固相?, 新相 β 在 L 与? 的界面上形核，并向 L 和 ? 两个方向长大。 5、具有共析反应二元相图 （1）共析反应(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新固相的过程。 共析反应的产物是共析体 ，也是两相的机械混合物。 与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，而不是液相。 常见三相等温水平线上的反应 五、相图与合金性能之间的关系 1、相图与力学性能的关系 2、相