第03章 材料的凝固及相图.ppt

第三章 材料的凝固与相图 第一节 概述 第二节 纯金属的结晶 一、结晶时的过冷现象 二、结晶的条件 二、结晶的条件 二、结晶的条件 三、结晶的过程 三、结晶的过程 三、结晶的过程 三、结晶的过程 三、结晶的过程 四、结晶后的晶粒大小 四、结晶后的晶粒大小 五、细化铸态晶粒的方法 五、细化铸态晶粒的方法 第三节 合金的相结构 二、固溶体 二、固溶体 二、固溶体 二、固溶体 三、金属化合物(中间相) 三、金属化合物(中间相) 第四节 二元合金相图 一、概念 一、概念 二、二元合金相图的建立 三、二元匀晶相图 三、二元匀晶相图 四、杠杆定律 五、二元共晶相图 五、二元共晶相图 五、二元共晶相图 五、二元共晶相图 五、二元共晶相图 五、二元共晶相图 五、二元共晶相图 七、相图与材料性能的联系 七、相图与材料性能的联系 Summary 名词概念 合金 组元 相、组织、组织组成物 固溶体与化合物 匀晶、共晶、包晶转变 杠杆定律 枝晶偏析 内容要求 1.合金中存在的相结构，各自的形成条件和影响因素。 2.阅读二元相图，分析合金冷却时的相变过程及对应的冷却曲线。 3.分析单一类型(匀晶、共晶、包晶)相图中相和组织转变过程，用杠杆定律定律计算平衡转变时相组成和组织组成物的相对含量。 溶质元素与溶剂元素之间的化学性质相近、原子尺寸相近、价电子数相近、晶体结构相近时对应的溶解度愈大。 成分一定，在冷却过程中，不同的相热容量不相同，如果系统散热能力一样，温度随时间的变化(冷却)曲线上的斜率将不同，曲线的转折点对应温度就是某些相开始出现或完全消失的温度，利用这一特点，由实测的冷却曲线可以作出相图。 物理学中已经介绍的纯水和纯铁的相图。 一元相图 一、概念 相平衡条件和相律 处于平衡状态的多元系中可能存在的相数可用吉布斯相律表示之： 式中，f为体系自由度数，C为体系组元数，P为相数，2表示温度和压力二个变量。 在常压下： 相律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，对分析和研究相图有重要的指导作用。 根据组元的数目，分为一元相图，二元相图，三元相图 高温高压下C的相图 T(k) 第四节 相图知识 二元合金相图： 在常压下，二元合金的相状态决定于温度和成分。因此二元合金相图可用温度—成分坐标系的平面图来表示。 铜镍二元合金相图是一种最简单的基本相图。图中的每一点表示一定成分的合金在一定温度时的稳定相状态。 ??? 例如，A点表示，含30%Ni的铜镍合金在1200℃时处于液相 L + 固相 α 的两相状态; B点表示, 含60%Ni的铜镍合金在1000℃时处于单一 α 固相状态。 第四节 相图知识 热分析法建立相图，配制不同成分的Cu-Ni合金测量其冷却曲线。（过程见书） 第四节 相图知识 1. 相图形式 从液相中直接结晶出固溶体的反应为匀晶反应。 特点：两组元液固态都无限互溶 典型例子：Cu-Ni，Ag-Au，Fe-Cr 两条曲线：液相线和固相线，分别表示合金系在平衡状态下冷却时结晶的始点和终点以及加热时熔化的终点和始点。 单相区：L为液相, 是Cu和Ni形成的液溶体;?α为固相, 是Cu和 Ni组成的无限固溶体。 双相区:?L?+α 相区。 第四节 相图知识 2.合金平衡结晶过程： 1点以上液体冷却 1点开始凝固，固体成分在对应固相线处 1－2之间，温度下降，液体数量减少，固体数量增加，成分沿液相线和固相线变化， 到2点，液体数量为0，固体成分回到合金原始成分，凝固完成 2点以下固体冷却，无组织变化 过程： 第四节 相图知识 3.匀晶相图特点： 1.与纯金属一样,?α固溶体从液相中结晶出来的过程中, 也包括有形核与长大两个过程, 实际也要在一定过冷度下进行。 2.固溶体结晶在一个温度区间内进行, 即为一个变温结晶过程。只有温度不断降低，固体量才增加；温度不变，液固数量维持平衡不变。 在指定温度T1作水平线, 分别交液相线和固相线于 a1点 c1点, 则 a1点 c1点成分轴上的投影点即相应为 L相和α相的成分。随着温度的下降, 液相成分沿液相线变化, 固相成分沿固相线变化。到温度T2 时,? L相成分及α相成分分别为 a2和 c2点在成分轴上的投影。? 两平衡相成分的确定： 第四节 相图知识 4.枝晶偏析原因： 固溶体结晶时成分是变化的, 缓慢冷却时由于原子的扩散能充分进行, 形成的是成分均匀的固溶体。如果冷却较快, 原子扩散不能充分进行, 则形成成分不均匀的固溶体。先结晶的树枝晶轴含高熔点组元较多, 后结晶的树枝晶枝干含低熔点组元较多。结果造成在一个晶粒内化学成分的分布不均。这种现象称为枝晶偏析。枝晶偏析对材料的机械性能、抗腐