[材料科学]金属结晶过程.ppt

五金属铸锭的组织特点 ?细等轴晶区?? ?? 液体金属注入锭模时，由于锭模温度不高，传热快，外层金属受到激冷，过冷度大，生成大量的晶核。同时模壁也能起非自发晶核的作用。结果，在金属的表层形成一层厚度不大、晶粒很细的细晶区。 五金属铸锭的组织特点 ?柱状晶区?? ??? 细晶区形成的同时，锭模温度升高，液体金属的冷却速度降低，过冷度减小， 生核速率降低，但此时长大速度受到的影响较小。结晶时，优先长大方向（即一次晶轴方向）与散热最快方向（一般为往外垂直模壁的方向）的反方向一致的晶核向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区。 五金属铸锭的组织特点 ?粗等轴晶区?? ??? 随着柱状晶区的发展，液体金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，温度差不断降低，趋于均匀化；散热逐渐失去方向性，所以在某个时候，剩余液体中被推来和漂浮来的、以及从柱状晶上被冲下的二次晶枝的碎块，可能成为晶核，向各个方向均匀长大，最后形成一个粗大的等轴晶区。 单晶的制取 演示 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 2.2.2 相图与性能的关系 2. 合金的工艺性能与相图的关系 一、铁素体 碳原子溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，称做铁素体。由于体心立方格的α-Fe的晶体格间隙半径只有0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以铁素体对碳的溶解度很小。在727℃时最大固溶度为0.02%,而在室温时固溶度几乎降为零。铁素体的力学性能与纯铁相近，其数值如下： 二、奥氏体 碳原子溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体，称做奥氏体。具有面心立方格的γ-Fe的间隙半径为0.052nm，比α-Fe的间隙稍大，在1148℃时碳原子在其中的最大固溶度为2.11%。随着温度的降低，碳在γ-Fe中的固溶度下降，在727℃时是0.77%。 奥氏体是727℃以上的平衡相，也称高温相。在高温下，面心立方格晶体的奥氏体具有极好是塑性，所以碳钢具有良好的轧、锻等热加工工艺性能。在铁碳相图中，奥氏体通常用符号A表示。 三、渗碳体 渗碳体是铁与碳原子结合形成的具有金属性质的复杂间隙化合物。 它的晶体结构复杂，属于复杂八面体结构，分子式为Fe3C，含碳量6.69%。 渗碳体的硬度很高，HV800，但极脆，塑性和韧性几乎是零，强度Rm=30Mpa左右。在铁碳合金中，它是硬脆相，是碳钢的主要强化相。渗碳体在碳钢中的含量和形态对钢的性能有很大影响。它在铁碳合金中可以呈片状、粒状、网状和板状形态存在。 在高温时，钢和铸铁中的渗碳体在一定时间会发生下面的分解反应，析出石墨态的碳。 作 业 2 P 9 ~ 13 week4, Sep 21 2. 1),2),4),11) 3. 1),2),5) 4. 1),2),6),7) 5. 3),4) 作 业 2a P 9 ~ 13 week5, Sep 28 2. 13) 3. 12),13) 4. 8),9) 5. 6) 作 业 2b P 9 ~ 13 week7, Oct 12 2. 14) ~ 17) 3. 14) ~ 17) 4. 10) ~ 13) 作业1 参考答案 P 3 2. 1) 同非金属相比，金属的主要特性是 2) 晶体与非晶体结构上的最根本的区别是 4) ?-Fe的一个晶胞原子数为 3. 1)晶体中的位错属于： a. 体缺陷 b. 面缺陷 c. 线缺陷 d. 点缺陷 ( P7 ) ① 热和电的良导体 ② 正的电阻温度系数 ③ 不透明、有金属光泽 ④ 塑性高、强韧性好 晶体内原子排列是有规则、周期性的。 4 √ 作业1 参考答案 P 4 4. 2) ?-Fe、Al、Cu、Ni、V、Mg、Zn的晶体结构 ① 体心立方： ?-Fe、V ② 面心立方： Al、Cu、Ni ③ 密排六方： Mg、Zn 6) 实际金属晶体中存在： a. 点缺陷： 点、线、面缺陷，引起晶格畸变。 b. 面缺陷： c. 线缺陷（位错）： 7) 固溶强化： 固溶强化原因： 8) 间隙固溶体： 形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象 溶质原子引起晶格畸变，使变形抗力增加。 间隙相： 晶格类型与溶剂相同 晶格类型与任一组元都不相同 使电阻率和强度增加。 使塑性、强度增加。 在冷变形时，使强度增加、塑性降低。 作业2 参考答案 P 9-10 2. 1) 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是： 2) 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 形核和晶核长大 4) 过冷度是指为： 增加晶核数量，或阻碍晶粒长大。 理论结晶温度 - 开始结晶温度 其表