化学冶金及缺陷分析.ppt

系统工程研究所 朱卫锋 第五讲 材料成形过程中的化学冶金与冶金缺陷 1.化学冶金 2.冶 金 缺 陷 1. 化学冶金 ◆ 化学冶金概 述 A：热加工特点 — 高温 = 与周围介质作用 气氛 吸气 （N2 H2 O2） 氧化 夹杂 和 元素烧损 →组织 结构 成分 变化 →性能 恶化 一、气体高温分解及熔入 杂质污染 来源：1）熔炼过程 2）铸型 3）浇注过程 大气； 被加热炉气； 加工辅助材料、金属表面氧化膜的分解？？ （吸气、油污、有机物）。 主要气体种类： N2 H2 O2 H2O CO2 =分子状态气体不熔，分解后可熔。 高温为气体分解创造了条件。 气体的分解： 温度 25度 N2=2N-711.4KJ/mol H2=2H-433.9KJ/mol O2=2O-489.9KJ/mol H2O=H2+1/2O2-438.2KJ/mol H2O=OH+1/2H2-532.8KJ/mol CO2=CO+1/2O2-282.8KJ/mol 气体→原子态→活性↑→非氧化性变成氧化性 气体分解难易顺序 ？CO2 H2 F2 N2 O2 CO？？ 难 易 F2 ← CO2 ← H2 ←O2 ← N2 ←CO 1、N2 ○来源空气，能以原子形式溶于大多数金属。 溶入方式： 气相中氮分子移动到金属表面被金属表面吸附在金属表面分解成氮原子，溶入金属。 ○形态： 溶于 Fe Ni Zr Al Cr Mn Si V 等， 形成氮化物 Fe4N TiN Ti3N5 VN 脆性相 ○固溶于Cu Ni Co Au Ag ,使其晶格畸变，脆化 析出N2，形成气孔 ○ 氮与金属的作用 　 影响因素：①气体分压：[N] 各项分别为 溶解度、 溶解反应平衡常数、 气相中N2分压 此式：一般双原子气体在金属中溶解度的平方根定律 在一定温度与一定N2分压条件下在金属中达到平衡的浓度。 ② 温度： 纯铁中 ③合金元素： 　　　　Fe 中加 C Si Ni → [N]↓ 　　　 Fe 中加 Ｖ　Ｎb Cr Ta → [N]↑ 　　　危害： 　　　脆化　，气孔，　时效脆化 实际曲线见图 A 、 T2300℃ SN↓ 因为金属大量蒸发而引起PN2的减少。 B 、相结构变化引起溶解度突变。 C 、如果有原子或离子态N存在，SN高于分子状态，不受平方根限制。 氢与氮在铁（1%Mn的Fe-Mn合金）中的溶解度(分压均是100kpa) ２、Ｈ２ 来源：水分、有机物分解 Ｈ2高温比N2更易分解，能溶于所有金属。 作用规律： 与金属性质有关， ①物理溶解，不形成化合物 Al Fe Ni Cu Cr Mo Pt Co Mn 满足双原子气体溶解平方根定律 且随温度↑溶解度 ↑ 吸氢↑ ②形成稳定氢化物： Ti Zr V Te Nb K Na Co 吸氢气的能力很强，远大于第一类。 规律： A， 低温固态吸收氢气 → 固溶体 =超过固溶度 →氢化物 （所以 吸收氢气超过溶解度） 　　　B，温度： 超过氢化物稳定的临界温度=分解扩散逸出。 影响因素： ① 氢分压： ②温度： 纯铁中： ③合金元素： 稀土R Ti Zr Ni 等 提高[H] ↑ C Si Al B O 降低 [H] ↓ ④组织结构： fcc bcc 危害： ①气孔 ②氢脆： 氢化物： 针状脆性相 ②晶格畸变 晶格畸变的产生原因？ 由于点阵错配而引起 。 3、O2 来源： 空气，CO2 H2O等。 能溶于部