[工学]02第二章 二元合金的相图和结晶.ppt

问题： 纯金属强度不高，耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等性能差，怎么办？ 合金材料 合金材料：由金属元素与其他元素(这些元素可以是金属元素，也可以是非金属元素)组成的有金属特征的金属材料。 合金的结晶过程较为复杂, 通常运用合金相图来分析合金的结晶过程。——合金相图。 组织： 用肉眼或用显微镜观察到的材料微观形貌图像的统称，相是组织的基本组成部分，同样的几种相，当它们的相对数量、大小、形态和分布不同时，就构成不同的组织。组织是影响材料性能的重要因素，因此控制和改变合金的组织，可以使合金材料呈现不同的性能以满足各行业的需求。 　　　　　　　　　　　　　　　　　（鸡蛋) 2.固溶体的性能 通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。固溶强化是金属强化的重要方式之一。固溶体的综合力学性能较好，常作为结构合金的基体相。 溶质原子与溶剂原子大小不同，溶剂必然造成局部的晶格畸变。置换固溶体：如果溶质原子大，溶质原子周围点阵常数增大，反之则点阵收缩，点阵常数减小；间隙固溶体：点阵常数则总是随溶质原子溶入而增大。 提　　　　问 随着溶质原子的溶入，电阻温度系数减小，电阻增加，因此固溶体合金也常用作精密电阻和电热材料。 为什么？从微结构方面给予解释 金属化合物类型 间隙相和间隙化合物的示意举例 金属化合物特点 　　由于间隙相的高熔点和高硬度，其适量的存在和合理的分布往往可以明显提高金属材料的热强性、红硬性和耐磨性．从而成为高合金钢和硬质合金的重要组成相。 渗碳体 二元相图 二元合金相图的获得 二元合金相图的应用 二元合金的结晶分类 二元合金相图的获得 其他3条二元合金曲线不出现水平台，而为二次转折，温度较高的转折点（临界点）表示凝固的开始温度，而温度较低的转折点对应凝固的终结温度。这说明3个合金的凝固与纯金属不同，是在一定温度范围内进行的。 二元合金相图的应用 由相图某成分合金在某温度时的相 由相图确定给定合金的相变温度 由相图某成分合金在某温度时的两个平衡相的 成分和相对质量－杠杆定律 难点2-1?? 杠杆定律证明? 设合金的质量为Q合金 , 其中 Ni质量分数为b%, 在 T1温度时,? L相中的 Ni质量分数为a%,? α相中的Ni质量分数为c%。 3. 固溶体的不平衡结晶 1)工业生产中合金溶液浇注后的冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离平衡条件，称为非平衡凝固(结晶) 。 2)非平衡凝固(结晶)得到的组织称为不平衡组织。 　　　固溶体结晶时成分是变化的　（固相线和液相线），如冷却较快，原子扩散不能充分进行，则会形成成分不均匀的固溶体。固溶体一般都以枝晶状方式结晶，使得一个晶粒中先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多，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。 枝晶偏析的合金对合金的力学性能影响较大。容易导致合金塑性韧性下降；易引起晶间腐蚀，降低合金的抗蚀性能。 消除枝晶偏析的方法采用扩散退火。 偏析实例 通过对非平衡凝固分析得到如下结论： (1) 固相、液相的平均成分分别与固相线、液相线不同，有一定的偏离（固相成分按平均成分线变化），其偏离程度与冷却速度有关。冷却速度越大，其偏离程度越严重；冷却速度越小，偏离程度越小，越接近于平衡条件。 (2) 先结晶部分含有较多的高熔点组元(Ni)，后结晶部分含有较多的低熔点组元(Cu)。 (3) 非平衡结晶条件下，凝固的终结温度低于平衡结晶时的终止温度。 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 4. 共析相图 1. 具有化合物的二元相图 2. 具有偏晶转变的相图 3. 具有合晶转变的相图 4. 具有熔晶转变的相图 5. 具有固态转变的二元相图 组元间形成稳定化合物的相图 具有偏晶转变的相图 具有固态转变的二元相图 2.4 相图与性能的关系 2. 合金的工艺性能与相图的关系 　　　共晶合金熔点低，且恒温转变，熔液流动性好，凝固后容易形成集中缩孔，合金致密。固溶体合金的流动性差，且液固相线间隔越大，结晶温度范围大，树枝晶易粗大，妨碍流动性，导致分散缩孔多，合金不致密，且偏析严重，易形成成分的偏析。 本章思考题 1 简述合金相的分类，固溶体与纯金属相比，有何结构、性能特点？ 2 固溶体与纯金属的结晶有何异同？ 3 试述晶系不平衡结晶的过程（平均成分线的形成、两种偏析）