第三章 金属的结晶与二元合金相图.ppt

第三章 金属的结晶与二元合金相图(P26) 结晶——是指晶体材料的凝固，或者说是原子由不规则排列状态（液态）过渡到规则排列状态（固态）的过程。 相图——是表示在平衡状态下合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。 铸态组织（P26） 铸态组织：是指结晶之后得到的金属材料的显微组织。是指其晶粒的形态、大小、取向及缺陷（疏松、夹杂、气孔等）和界面的形貌等。 铸态的显微组织决定着铸态材料的使用性能和加工工艺性能。掌握结晶规律可以帮助我们有效地控制金属的凝固条件，从而获得性能优良的金属材料。 第一节 金属结晶的基础知识一、金属结晶的温度与过冷现象（P26） 1、理论结晶温度T0: 又称平衡结晶温度。 （冷速极慢）也就是金属的熔点Tm。 2、实际结晶温度Tn:在某一实际冷却速度下的结晶温度。 ☆纯金属通常在恒温下结晶； ☆多数合金通常在一个温度区间内结晶。 第一节 金属结晶的基础知识一、金属结晶的温度与过冷现象（P26） 3、过冷度（△T）:理论结晶温度与实际结晶温度之差。对于纯金属： △T= T0－ Tn 4、金属的结晶都 是在一定的过冷 度下进行的，这 种现象称过冷现 象。 第一节 金属结晶的基础知识一、金属结晶的温度与过冷现象（P27） 5、影响过冷度大小的主要因素: 1）金属液的 冷却速度； 2）金属液中 杂质含量。 第一节 金属结晶的基础知识一、金属结晶的温度与过冷现象（P27） 6、金属结晶的 两个条件: 1）动力学条件: △T＞0 （△F＜0） 2）热力学条件: 一定的扩散能力。 二、金属的结晶（一）金属结晶的一般过程（P27） 金属的结晶过程 包括成核和长大 两个基本过程。 晶核:作为结晶 核心的极细小的 固相晶体。 二、金属的结晶（二）晶核的形成（P28） 1、均匀（自发）成核——在均匀的液态母相中自发形成新相晶核的过程。 γc=（2σTm）/（LΔT） γc—临界晶核半径； σ—表面能；L—熔化潜热； Tm—熔点 2、非均匀成核——依附于母相中某些现成界面而成核的过程。 二、金属的结晶（三）晶核的长大（P28） 晶核长大就是晶核的固体界面向母相内不断地推进。 晶核长大 方式 ☆树枝状长大； ☆平面长大。 （四）金属结晶后的晶粒大小（P29） 晶粒的大小通常以晶粒度来表示。而晶粒度又以单位截面内晶粒的数目的多少来划分的。 细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法。 晶粒越细小，材料的强度、硬度越高，塑性越好。（这是其它强化方法所不能的） 影响晶粒大小的因素（P29） 1、成核率（N）——在单位时间和单位母相体积内所形成晶核的数目。 成核率越大，晶粒越细小。 2、长大率G——（晶核长大线速度）是指单位时间晶核界面向母相中推进的距离。 长大率越大，晶粒越粗大。 过冷度与晶粒大小的关系（P30） 增加过冷度，成核率N与长大率G均会 增加，但成核率N的增加速度更快些。所以 增加过冷度会细 化晶粒。 变质处理(P30) 增加冷却速度虽然可以细化晶粒，但同时使结晶时的铸造应力增加；对于较大体积的铸锭与铸件提高冷却速度是困难的。 变质处理——即在浇铸之前向金属液中加入某些物质（变质剂）来促进晶粒细化。 细化晶粒的主要方法（总结） 1、增加冷却速度: 例如：由砂型铸造改为金属模铸造，可以提高铸件的力学性能。 2、变质处理: 例如铸铁和铝硅合金（前者加Si-Fe合金，后者加NaF+NaCl混合盐) 3、物理方法: 振动、搅拌等 三、金属铸锭的铸态组织及缺陷（P37） 金属结晶产品大致可以分为三类： 1、结晶后在铸造状态下直接使用——铸件； 2、结晶后要进行轧、锻——铸锭； 3、结晶形成制件的一个组成部分，如焊件的焊缝、金属的热渡层等。 三、金属铸锭的铸态组织及缺陷（P37） 铸态组织——金属结晶后其晶粒的形态、大小、取向、