机械设计材料的凝固2.ppt

第三章 材料的凝固 第一节 纯金属的结晶 第二节 合金的结晶 第三节 铁碳合金相图 第四节 凝固组织及其控制 第二节 合金的结晶 一、二元相图的建立 二、二元相图的基本类型与分析 1、二元匀晶相图 2、二元共晶相图 3、二元包晶相图 4、形成稳定化合物的二元相图 5、具有共析反应的二元相图 6、二元相图的分析步骤 7、相图与合金性能之间的关系 一、相图的建立 二、二元相图的基本类型与分析 1)相图构成 (1)两条线 上面是液相线 下面是固相线。 (2)三个相区 液相线以上为液相区L ， 固相线以下为? 固溶体区， 两条线之间为两相共存的两相区（L+ ? ）。 (3) 杠杆定律 处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。 现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律： 则 QL + Q? =Q QL x1 + Q? x2 =xQ 为了计算简便，一般取合金总量Q =1。 解方程组得: %含量 (4) 枝晶偏析 合金结晶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，结晶时固相中原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni中的Ni）, 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素(如Cu) 在一个枝晶或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。 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。 以 Pb(铅)-Sn(锡) 相图为例进行分析。 ⑴共晶相图分析 ① 相：有L、?、?三种相. ?是溶质Sn(锡)在 Pb(铅)中固溶 ?是溶质Pb在Sn中的固溶体。 ②相区：相图中有 三个单相区： L、?、?； 三个两相区： L+?、L+?、?+ ?； 一个三相区：水平线CED。 ③液溶线：AEB线； ④ 固溶线: 相图中的CF、DG，固溶体的溶解度随温度降低而下降 Pb-Sn合金的结晶过程 组织组成物之间的差别主要在形态上。如?Ⅰ 、 ?Ⅱ和共晶?的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态不同，分属不同的组织组成物。 将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与显微镜下观察到的组织一致。 3、二元包晶相图 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图。 以Pt（铂）-Ag（银）相图为例简要分析 ⑵ 合金的结晶过程 4、形成稳定化合物的二元相图 稳定化合物-----是指在熔化前不发生分解的化合物(Mg2Si（硅镁合金)和Fe-C系的Fe3C) 。其成分固定，在相图中是一条垂线(代表一个单相区)。垂足是其成分, 顶点是其熔点, 结晶过程同纯金属. 5、具有共析反应的二元相图 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 (A)? ?P (F) + Fe3C 。 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) 共析反应的产物： 是共析体（铁碳合金的共析体称珠光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体=珠光体)。 6、二元相图的分析步骤 实际二元相图比较复杂，可按下列步骤进行分析。 ⒈ 分清相图中包括哪些基本类型相图 ⒉ 确定相区 ⑴ 相区接触法则 相邻两个相区的相数差为1 ① 液相线以上为液相区L； ② 靠纯组元的封闭区是以该组元为基单相固溶体区γ、α； ③ 相图中的垂线可能是稳定化合物（单相区），也可能是相区分界线； ④ 相图中部出现的成分可变的单相区是以化合物为基的单相固溶体区； ⑤ 相图中每一条水平线必定与三个单相区点接触(如EF与L、γ 、Fe3C; PK的γ、α、 Fe3C)。 ⑶ 两相区的确定： 常见三相等温水平线上的反应 7、相图与合金性能之间的关系 ⑴ 相图与合金力学性能、物理性能的关系 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： ?混= ???Q? + ?β?Qβ 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。 ⑵ 相图与铸造性能的关系 * 以Cu—Ni合金用热分析法建立相图 ①配制一系列不同成份的合金：Ⅰ:纯铜 ; Ⅱ:75%Cu+25%Ni ;? Ⅲ：50%Cu+50%Ni; Ⅳ：25%Cu+75%Ni ?;?