第3章金属与合金的结晶.ppt

第三章 金属与合金的结晶 §3－1 纯金属的结晶 一、基本概念 1、凝固：物质由液态转变为固态的 过程称为凝固。 2、结晶：通过凝固得到晶体的过程。 3、冷却曲线：金属结晶时温度与时 间的关系曲线称冷却曲线。 特点：纯金属是在恒温下结晶的， 只有液相（L）和固相（S） 4、理论结晶温度（T0）：金属在极其缓慢的冷却条件下（平衡条件下）的结晶温度。（平衡结晶温度） 5、实际结晶温度（T1）：金属实际的结晶温度。 6、过冷度（ ?T ）：理论结晶温度与实际结晶温度的差（?T）称过冷度。 ?T= T0 –T1 7、过冷：液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称 过冷。 二、结晶的一般过程 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. 晶 核：最先形成的作为结晶核心的微小晶体。 形核方式：一种是自发形核，另一种是非自发形核。 晶核长大方式：有两种，即均匀长大和树枝状长大。实际金属 结晶主要以树枝状长大 树枝状长大 树枝状长大 树枝状结晶 三、晶粒大小的控制 1、晶粒大小对金属力学性能的影响 一般情况下，晶粒越小，强度、硬度、塑性、韧性越高。 2、晶粒大小的影响因素 （1）形核率（N）：（单位时间、单位面积内形成的晶核数目） （2）晶核长大速率（G）（单位时间内晶核长大的平均线速度） 影响：凡是能促进形核率，抑制长大速率的因素，都能细化 晶粒。 3、细化晶粒的方法 （1）增大?T；参阅教材：P21图2－18 （2）变质处理（孕育处理） 向液态金属中加入能形成外来生核的物质（变质剂），从 而达到细化晶粒的目的，这种处理叫－－－。 （3）振动、搅拌 金属结晶时，对金属液体进行机械振动、超声波振动、电 磁搅拌等。 （4）降低浇铸温度 四、金属的同素异构转变 物质在固态下晶体结构随温度 变化的现象称同素异构转变。 铁的同素异构转变 铁在固态冷却过程中有两次晶体 结构变化，其变化为： 体心 面心 体心 §3－2 合金的结晶 纯金属的结晶特点：1、在恒温下进行结晶的； 2、只有一个液相和一个固相。 合金的结晶特点： 1、不一定在恒温下结晶； 2、相的数量和相的成分是变化的。 一、二元合金相图的基本知识 1、相图（平衡图、状态图） 在平衡条件下，不同成分的合金在不同温度下，其组织变化的图形。 ℃ 2、相图的表示方法 设：A－B二元合金； A B% B 3、相图的作用 （1）明确表示出：不同成分的合金，在同一温度下，其组织的变化； 同一成分的合金，在不同温度下，其组织的变化。 （2）相图对铸造、锻造、热处理工艺的制定有重要的指导意义。 4、相图的建立 几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是“热分析法”。 步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] （1）配制一系列不同成分的合金； （2）测出各合金的冷却曲线，找出合金的临界点； （3）将临界点标在温度-成分坐标中； （4）连接相同意义的点。 5、相图分析 点： 线： 面（区域）：三个 二、相图的类型 （一）二元匀晶相图 概念：两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称二元匀晶相图。如： Cu-Ni合金。 1、相图分析（以Cu-Ni合金为例进行分析） 点：A、B－Cu、Ni的熔点 线：液相线、固相线 面：三个L、L+ ? 、 ? 2、合金结晶过程分析（以Ⅰ合金为例说明）。 当液态金属自高温冷却到 t1温度时，液相成分L1固相成分为?1 当温度为t2时，液相成 分L1，固相成分为?2 当温度为t3时，液相成 分L3，固相成分为?3 当结晶完毕，Tt3,固相 成分为?3 结论（1）液相成分沿 液相线变化； （2）固相成分沿 固相线变化 枝晶偏析：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。 Ⅰ合金的结晶过程：L L+ ? ? （二）二元共晶相图