金属学与热处理1.ppt

正温度梯度下生长的界面形态 光滑界面 以密排面为外表面的有规则几何外形晶体 粗糙界面 平面长大方式 负温度梯度下生长的界面形态 光滑界面 规则几何外形晶体或者树枝状 粗糙界面 树枝状 长大速度 过冷度 先快后慢 长大机制 台阶长大 慢 垂直长大 快 晶粒大小的控制 控制过冷度 晶粒大小的控制 变质处理 点阵匹配 控制过冷度 振动、搅拌、超声波 第三章 二元合金相图和合金的凝固 §3.1 二元合金相图的建立 §3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 §3.3共晶相图及其合金的结晶 §3.4包晶相图及合金的结晶 §3.5其它类型的二元合金相图 §3.6二元相图的分析和使用 §3.7铸锭的组织与缺陷 相律 f=c - p+2 自由度数 相数 组元数 杠杠定律 §3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 平衡结晶过程 相图分析 t1 温度－－开始结晶，尚无晶相 t2 温度－－通过扩散达到平衡 t3 温度－－结晶结束 结晶过程：形核和长大 形核方式：均匀形核和非均匀形核 形核条件：结构起伏能量起伏＋成分起伏 差异：1 异分结晶－－结晶时结晶出的固相与液相成分 不同，也称为选择性结晶。 2变温结晶－－固溶体合金的结晶需要在一定温 度范围内进行。 平衡分配系数－－在一定温度下，固液两平衡相溶质浓度之比值，用k0表示 始终有溶质和溶剂原子的扩散过程 §3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 §3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 匀晶结晶有下列特点： 1）与纯金属一样，α固溶体从液相中结晶出来的过程中，也包括有生核与长大两个过程，但固溶体更趋向于树枝状长大。 2）固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即为一个变温结晶过程。 3）在两相区内，温度一定时，两相的成分（即Ni含量）是确定的。 匀晶结晶有下列特点： 4）在两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定的，由杠杆定律可算出在T时液相和固相在合金中的质量分数（ 运用杠杆定律时要注意，它只适用于相图中的两相区，并且只能在平衡状态下使用。杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点，而支点为合金的成分点。） §3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 匀晶结晶有下列特点： 5）固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。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。消除枝晶偏析的方法采用扩散退火。 §3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 不平衡结晶 晶内偏析 枝晶偏析 影响因素：K0 ;原子扩散；冷却速度 检验和消除方法 成分过冷 * * 线缺陷 线缺陷 柏氏矢量的主要特性： ★可以表示晶体滑移的方向和大小。 ★位错线和柏氏矢量构成的平面定义为滑移面。 面缺陷 由于表面上的原子与晶体内部的原子相比其配位数较少，使得表面原子偏离正常位置，在表面层产生了晶格畸变，导致其能量升高。将这种单位表面面积上升高的能量称为比表面能，简称表面能。表面能也可以用单位长度上的表面张力（N／m）表示。 面缺陷 第二章 纯金属的结晶 凝固 结晶 平衡结晶温度或理论结晶温度 金属由液态转变为固态的过程。 结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 第二章 纯金属的结晶 凝固 结晶 平衡结晶温度或理论结晶温度 金属熔点 通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶。而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。 第二章 纯金属的结晶 §2.1 金属结晶的现象 §2.2 金属结晶的热力学条件 §2.3金属结晶的结构条件 §2.4晶核的形成 §2.5晶核的长大 结晶过程宏观现象 过冷 结晶潜热 金属结晶微观过程 形核 长大 形成多晶体 两个过程重叠交织 §2.2 金属结晶的热力学条件 两相自由能差 潜热 结晶温度 过冷度 §2.3金属结晶的结构条件 能量起伏 相起伏 晶胚 晶核 §2.4晶核的形成 均匀形核 非均匀形核 是指完全依靠液态金属中的晶胚形核的过程，液相中各区域出现新相晶核的几率都是相同的。 是指晶胚依附于液态金属中的固态杂质表面形核的过程。 §2.4晶核的形成 均匀形核 非均匀形核 形核率 是指单位时间内单位体积液体中形成晶核的数量。用N＝N1*N2表示。 形核功影响 原子扩散能力 急冷 非晶态材料 非均匀形核率 所需过冷度较小 点阵匹配原理 固相表面原子排列与新相点阵结构相似时，既能有效促进新相的非均匀形核。 振动、搅拌、超声波 §2.5晶核的长大 晶体长大条件 液相中原子不断向晶体扩