第二章_金属材料的凝固与固态相变.ppt

1、冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度T1。曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的。 2、过冷与过冷度 纯金属都有一个理论结晶温度T0，熔点或平衡结晶温度。在该温度下，液体和晶体处于 动平衡状态。结晶只有在T0以 下的实际结晶温度下才能进行。 液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差?T称过冷度?T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。 形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。 以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。非均匀形核更为普遍。 三、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。同素异构转变属于相变之一，固态相变。 ?-Fe、 ?-Fe为体心立方结构(BCC)，?-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。 四、二元相图的基本类型 相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固相 线。相图被两条线分为三 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+ ? ）。 实际冷速较快，结晶时 固相中的原子来不及扩 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)。 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。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 枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。 4、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-Sn 相图为例进行 分析。 【相】相图中有L、?、 ?三种相，?是溶质Sn在 Pb中的固溶体，?是溶 质Pb在Sn中的固溶体。 【相区】相图中有三 个单相区： L、?、?； 三个两相区：L+?、 L+?、?+ ?。 【固溶线】 溶解度点的 连线称固溶线。相图中的 CF、DG线分别为 Sn在 Pb中和 Pb在 Sn中的固溶 线。固溶体的溶解度随温 度降低而下降。 【共晶线】水平线CED叫做共晶线。 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) 1、铁碳合金的相 碳在δ-Fe中的固溶体用δ表示，体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低，在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。 【奥氏体】碳在? -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 ? 表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。 2、典型合金的平衡结晶过程 ⑵ 钢 (0.0218~2.11%C) 高温组织为单相? ① 亚共析钢 (0.0218~0.77%C) ② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢 (0.77~2.11%C) (3) 白口铸铁 (2.11~6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆 ① 亚共晶白口铸铁 (2.11~4.3%C) ② 共晶白口铸铁(4.3%C) ③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69%C) （1）工业纯铁结晶过程 合金液体在1-2点间转变为L→ ?，3-4点间 ?→?。到5点从?中析出Fe3C。 随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F+ Fe3CⅢ 。 珠光体在光镜下呈指纹状，珠光体中相的相对重量百分比为： （3）亚共析钢的结晶过程 0.45%C的钢为例合金在1-2点通过匀晶反应全部转变为?。 利用平衡组织中珠光体所占的面积百分比，可以近似估算亚共析钢的含碳量: C% = P面积%×0.77% (忽略? 中含碳量，P面积%=QP) (4) 过共析钢的结晶过程 合金在1~2点转变为? ，到3点开始析出Fe3C。从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体，用Fe3CⅡ表示，其沿晶界呈网状分布。 过共析钢室温组织为P+ Fe3CⅡ，Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时，Fe3CⅡ量最大： 1、晶粒度 表示晶粒大小