实用机械工程材料及选用教学课件作者张正贵第3章纯金属与合金的结晶-完成课件.ppt

1 第3章 纯金属与合金的结晶 金属从液态转变为固态的过程称为结晶。 3.1 纯金属的结晶 3.1.1 纯金属的冷却曲线及过冷度 3.1.2 纯金属的结晶过程 　　 2、共晶相图 3、包晶相图 4、共析相图 3.1 纯金属的结晶 3.2 合金的结晶 本章主要内容 图3-1 测量液态金属冷却曲线的热分析装置示意图 图3-2 纯金属结晶时的冷却曲线 a）平衡条件下结晶 b）非平衡条件下结晶 理论结晶温度T0与实际开始结晶温度T1之差叫做过冷度，用△T表示。△T=T0－T1 冷却速度越大，则实际开始结晶温度就越低，过冷度也就越大。 图3-3 金属的结晶过程示意图 1、晶核的形成 （1）自发形核 （2）非自发形核 2、晶核的长大 （1）平面长大方式 （2）树枝状长大方式 树枝晶，简称枝晶， 是一个晶粒，即单晶体。 图2-4 液态金属树枝晶长大平面示意图（网格） 多个单晶体晶粒构成金属多晶体。 图2-5 液态金属树枝晶长大平面示意图（枝晶） 图2-6 液态金属树枝晶长大示意图 图2-7 液态金属树枝晶空间示意图 3.1.3 晶粒大小对金属力学性能的影响 实际金属为多晶体。一般情况下，晶粒越小，则金属的强度越大，而塑性和韧性也越好，所以工程上采用使晶粒细化的手段来提高金属的力学性能，这种方法称为细晶强化， 晶粒度（级） 1 2 3 4 5 6 7 8 0.250 0.177 0.125 0.088 0.062 0.044 0.031 0.022 晶粒平均 直径/mm 3.2 合金的结晶 3.2.1 二元相图的建立 1、相图的概念 合金系（铜镍Cu-Ni合金系、铅锡Pb-Sn合金系、铁碳Fe-C合金系、铝硅Al-Si合金系） 相图：是表明合金系中不同成分的合金在不同温度下，是由哪些相组成以及这些相之间平衡关系的一种简明示意图，也称为平衡图或状态图。 2、二元合金相图的建立 热分析法 3、杠杆定律 确定不同温度两相区中的成分和相对质量。 图2-9 杠杆定律确定液固两相的相对质量 QL﹢Qα ﹦1 QL × X1﹢Qα × X2 ﹦1 × X 图2-10 Cu-Ni合金枝晶偏析示意图 3.2.2 二元相图的基本类型与分析 1、匀晶相图 图2-11 Cu-Ni合金匀晶相图 ◆液相线；固相线；无限固溶体； ◆两组元在液态和固态下以任何比例均能无限互溶的反应，称为匀晶反应，其相图称为二元匀晶相图。 ◆在液固两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定的，两相的质量比可用杠杆定律来计算。 4、枝晶偏析与扩散退火 一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析或者枝晶偏析。影响合金的力学性能和耐腐蚀性能。枝晶偏析一般可以通过扩散退火的热处理方法消除。 图2-12 Pb-Sn 合金共晶相图 三种相：Pb与Sn形成的液相L，Sn溶于Pb中形成的有限固溶体α相，Pb溶于Sn中形成的有限固溶体β相。 三个单相区（L相、α相和β相）； 三个双相区（L﹢α相、L﹢β相、α﹢β相）； 一条三相共存线（L﹢α﹢β三相，即水平线cde，共晶线）。 d点为共晶点；一种液相在恒温下同时结晶析出成分一定的两种固相的反应叫做共晶反应，其相图称为共晶相图，所生成的两相混合物称为共晶体（该合金的共晶体为αc﹢βe）。 cf线为Sn溶于Pb中形成 α 固溶体的溶解度曲线。α → βⅡ eg线为Pb溶于Sn中形成β固溶体的溶解度曲线。β → αⅡ 合金Ⅰ、合金Ⅱ、合金Ⅲ、合金Ⅳ的结晶过程介绍： Ld →183℃（αc﹢βe） 常写成（α﹢β） ◆杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对含量可在黑板上书写进行。 图2-13 合金Ⅰ冷却曲线及组织变化示意图 图2-14 合金Ⅱ冷却曲线及组织变化 图2-15 合金Ⅲ冷却曲线及组织变化示意图 图2-16 合金Ⅳ冷却曲线及组织变化 Pb-Sn二元合金的金相组织