5_二元合金的结晶.ppt

合金的结晶;知识结构;重要概念：;5、组织—是由不同相组成的具有一定成分、分布形态和性能的机械混合物。用肉眼或借助不同放大倍数的显微镜所观察到的金属材料内部情景，包括晶粒大小、形状、种类及晶粒的相对数量和分布。;合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析. 相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。;相组成;一、相图的建立;1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点和平台）的温度值。 2. 将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 3. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。;相图中，结晶开始点的连线叫液相线。 结晶终了点的连线叫固相线。;铜-镍合金匀晶相图;由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 两组元在液态无限溶解，在固态无限固溶，并且发生??晶反应的相图，称为匀晶相图。;⑴ 合金的结晶过程 以Ⅰ合金为例说明。;成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3时，最后一滴L3成分的液体也转变为固溶体，此时固溶体的成分又变回到合金成分?3上来。;平衡结晶:;⑵ 杠杆定律 处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。 现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律： ;则 QL + Q? =1 QL x1 + Q? x2 =x 解方程组得;因此两相的相对重量百分比为：;上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。 在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。 杠杆定律只适用于两相区。 例（如图）;例：求30%Ni合金在1280 ?时?相的相对质量;例：固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定： ;合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体。但实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。;V冷却 ，原子扩散速度结晶速度 ;富Ni;在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。它不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。 冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。 枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。;Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织;共晶反应：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定且不相同的两个固相的转变，称为共晶转变（或共晶反应） 以 Pb-Sn 相图为例进行分析。;Pb—Sn 合金相图;④ 固溶线: 溶解度点的连线称固溶线。相图中cf、eg线分别为 Sn在 Pb中和 Pb在 Sn中固溶线。固溶体溶解度随温度降低而下降。;具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称过共晶合金。 ;合金Ⅰ的结晶过程 ① 含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程 在3点以前为匀晶转变，结晶出单相? 固溶体，这种直接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。;温度降到3点以下， ? 固溶体被Sn过饱和，由于晶格不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相—? 相由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。 形成二次相的过程称二次析出, 是固态相变的一种。;由于二次相析出温度较低，一般十分细小。;② 共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程 液态合金冷却到d 点时同时被Pb和Sn饱和, 发生共晶反应： Ld ?(?C+?e) ;共晶组织形态;在共晶转变过程中，L、 ?、 ? 三相共存, 三个相的量在不断变化，但它们各自成分是固定的。 共晶组织中的相称共晶相 共晶转变结束时，? 和 ? 相的相对重量百分比为： ;③ 亚共晶合金(Ⅲ合金)的结晶过程 合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成分变化到C点，液相成分变化到d点, 此时两相的相对重量为：;温度继续下降，将从一次? 和共晶? 中析出?Ⅱ。 室温组织?Ⅰ+ (?+?) + ?Ⅱ，合金相为?和?。;④ 过共晶合金结晶过程 与亚共晶合金相似，不同的是一次相为 ? , 二次相为?Ⅱ。室温组织为?Ⅰ+(?+?)+?Ⅱ。;组织组成物在相图上的标注 组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。;组织组成物之间的差别主要在形态上。如?Ⅰ 、 ?Ⅱ和共晶 ? 的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态不同，分属不同的组织组成物。 将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与显微镜下观察到的组织一致。;组织组成物在相图上的标注;当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反