03-金属的结晶.ppt

第三讲金属的结晶 纯金属的结晶 凝固与结晶的概念 结晶的现象与规律 同素异晶(构)转变 2）、结晶过程的宏观现象、微观条件 1、 纯金属结晶时的冷却曲线 过冷现象：过冷是结晶的必要条件。 过冷度 : ΔT = T0 – T1 结晶热力学条件：固-液体积自由能之差。 金属结晶的结构条件： 二).结晶过程的一般规律 形核 长大 1、晶核的形成 在一定的过冷度下,当F体≥F表时,晶核就形成。 临界形核半径（假设球形）随过冷度增大而减小。 当过冷液体中出现晶坯时，一方面由于原子由液态 的聚集状态转变为固态的排列状态，使体系的自由能降 低）；另一方面，由于晶坯构成新的表面，又会引起表 面自由能的增加。 rr*时，晶胚长大将导致系统自由能的增加，这种晶胚 不稳定，瞬时形成，瞬时消失。 rr*时，随晶胚长大，系统自由能降低，凝固过程自动 进行。 晶核形成的形式: * 自发形核（均质形核） △T = 200℃ * 非自发形核（异质形核） △T = 20℃ 晶核的树枝状长大方式 三）、影响晶核的形核率和晶体长大率的因素 纯铁晶粒度与力学性能的关系 四）、细化晶粒的途径 二元合金相图 合金 ( alloy ) 合金系 ( alloy series ) 相 ( phase ) 相平衡 组元 ( 元 ) ( element ) 相 图 ( phase diagram ) 平衡相图 平衡组织： ( statenchyma ) 显微组织 ( microscopic structure ) 热 分 析 法 相图的建立 相图的建立 匀晶相图转变 杠杆定律：组成相相对量的计算方法 共晶反应要点 X1合金结晶过程分析 X1合金结晶特点 X2合金结晶过程分析（共晶合金） X3合金结晶过程分析（亚共晶合金） 标注了组织组成物的相图 3. 共析相图 共析相图 比重偏析 比重偏析： 因比重不同而造成的化学成分不均匀的现象 -----铸件上下部分的化学成分不一样 相图与性能的关系 相图与合金物理、力学性能之间的关系 合金的工艺性能与相图的关系 a b c d T,?C t L ? L ? L 匀晶转变 L? ? ? 冷却曲线 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。 枝晶偏析：一个晶粒内化学成分不均匀的现象 Cu-Ni合金的 铸态 显微组织示意图 树干：镍多 枝叶：铜多 腐蚀分析 假设：合金的总量为1 QL＝(x/-K)/(x/-x) QS＝ (K-x )/(x/-x) 类似于杠杆定律 则： QL＋QS＝1 QL* x＋ QS*x/=1*K TL TS Tn b a c 杠杆定理 QS=(bc／ab) ?100% QL=(ac／ab) ?100% QS + QL = 1 aQS + bQL = c A B a b L S 温度 QL Qs 杠杆定律 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? 1 2 a c b a1 b1 c1 T1 T2 1. 在两相区内，对应每一确定的温度，两相的成分是确定的。 2. 随着温度的降低，两相的成分分别沿液相线和固相线变化。 杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度T1，两相质量的比值是确定的。即 QL/Q?=b1c1/a1b1 杠杆定律推论：在两相区内，对应温度T1时两相在合金b中的相对质量各为 QL/QH=b1c1/a1c1 Q?/QH=a1b1/a1c1 =1- QL/QH 例：求30%Ni合金在1280 ?时?相的相对量 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 a c 30 a1 b1 c1 1280 ?C 解：作成分线和温度线如图。 66 18 根据杠杆定律推论， Q? / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4 答：所求合金在1280 ?时?相的相对质量为1/4。 2．共晶相图 Pb Sn Sn% T ?C 铅-锡合金共晶相图 液相线 L 固相线 ? ? ? + ? L + ? L + ? ?固溶线 ?固溶线 共晶转变分析 Pb Sn T