《材料的結(jié)晶》PPT課件

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1、第三章金屬與合金的結(jié)晶內(nèi)容提要：純金屬的結(jié)晶；合金相圖的建立；合金的結(jié)晶；合金性能與相圖間的關(guān)系?！镂镔|(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的過程稱為結(jié)晶。物質(zhì)由一個相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€相的過程稱為相變。因而結(jié)晶過程是相變過程。玻璃制品水晶第一節(jié)純金屬的結(jié)晶一.冷卻曲線與過冷度二.結(jié)晶的一般過程三.金屬結(jié)晶后的晶粒大小四.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一、冷卻曲線與過冷1、冷卻曲線金屬結(jié)晶時溫度與時間的關(guān)系曲線稱冷卻曲線。曲線上水平階段是由于結(jié)晶時放出結(jié)晶潛熱引起的.To－理論結(jié)晶溫度:液態(tài)金屬在非常緩慢的冷卻條件下結(jié)晶的溫度。Tn－實際結(jié)晶溫度：液態(tài)金屬冷卻到To以下某一個溫度下開始結(jié)晶

2、的溫度。金屬的冷卻曲線2、過冷與過冷度液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下開始結(jié)晶的現(xiàn)象稱過冷。理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差?T稱過冷度。?T=T0–Tn過冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大，過冷度越大。二、結(jié)晶的一般過程1、結(jié)晶的基本過程結(jié)晶由晶核的形成和晶核的長大兩個基本過程組成.液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則的小原子團，它們時聚時散，稱為晶坯。在T0以下,經(jīng)一段時間后(即孕育期),一些大尺寸的晶坯將會長大，稱為晶核。晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產(chǎn)生。晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失。每個晶核最終長成一個晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。2、晶核的形成方式形核有兩種方式，即

3、自發(fā)形核和非自發(fā)形核。由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核稱自發(fā)形核。以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非自發(fā)形核。非自發(fā)形核更為普遍。自發(fā)形核3、晶核的長大方式晶核的長大方式有兩種，即均勻長大和樹枝狀長大。均勻長大樹枝狀長大樹枝狀長大(1)平面長大：當(dāng)冷卻速度較慢時，金屬晶體以平面長大方式長大。在正溫度梯度下，晶體生長以平面狀態(tài)向前推進。(2)樹枝狀長大：當(dāng)金屬的冷卻速度較快時晶體以樹枝狀長大方式長大。實際金屬結(jié)晶主要以樹枝狀長大.這是由于存在負溫度梯度，且晶核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次軸又會產(chǎn)生二次軸…，樹枝間最后被填充。負溫度梯度樹枝狀長大的實際觀察樹枝狀結(jié)晶

4、金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶三、金屬結(jié)晶后的晶粒大小1、晶粒大小金屬結(jié)晶完后、由許多晶粒組成。晶粒的大小用單位體積內(nèi)的晶粒的數(shù)目來表示。金屬晶粒越細，金屬的強度、硬度、塑性和韌性越高。結(jié)晶后晶粒的大小還與結(jié)晶時的形核率N和晶核的長大速度G有關(guān)。在實際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬能達到的過冷范圍內(nèi)N的增長比G的增長要快，故，隨?T的增加N/G值增加，晶粒就變細。2、控制晶粒度的方法⑴控制過冷度：隨過冷度增加，N/G值增加，晶粒變細。⑵變質(zhì)處理：又稱孕育處理。即有意向液態(tài)金屬內(nèi)加入非均勻形核物質(zhì)從而細化晶粒的方法。所加入的非均勻形核物質(zhì)叫變質(zhì)劑（或稱孕育劑）。Al-Si合金組織緩

5、冷快冷未變質(zhì)變質(zhì)鑄鐵變質(zhì)處理前后的組織變質(zhì)處理前變質(zhì)處理后變質(zhì)處理使組織細化。變質(zhì)劑為硅鐵或硅鈣合金。電磁攪拌細化晶粒示意圖超聲振動細化晶粒示意圖⑶振動、攪拌等：對正在結(jié)晶的金屬進行振動或攪動，一方面可靠外部輸入的能量來促進形核，另一方面也可使成長中的枝晶破碎，使晶核數(shù)目顯著增加。3、晶粒大小對金屬性能的影響常溫下，晶粒越細，晶界面積越大，因而金屬的強度、硬度越高，同時塑性、韌性也越好,即細晶強化。高溫下，晶界呈粘滯狀態(tài)，在外力作用下易產(chǎn)生滑動，因而細晶粒無益。但晶粒太粗易產(chǎn)生應(yīng)力集中。因而高溫下晶粒過大、過小都不好。晶粒大小與金屬強度的關(guān)系單晶葉片?s=?i+Kd-1/2多晶鐵的

6、拉伸變形室溫高溫四、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之一—固態(tài)相變。1、鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵在固態(tài)冷卻過程中有兩次晶體結(jié)構(gòu)變化，其變化為：1394℃912℃?-Fe??-Fe??-Fe物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異?-Fe、?-Fe為體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)，?-Fe為面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)。都是鐵的同素異構(gòu)體。?-Fe?-Fe2、固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點⑴形核一般在某些特定部位發(fā)生（如晶界、晶內(nèi)缺陷、特定晶面等）。⑵由于固態(tài)下擴散困難，因而過冷傾向大。⑶固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變化，易造成很大內(nèi)應(yīng)力。固態(tài)相變的晶界形核(Sn-0.5%Cu鑄態(tài)，255K)錫疫第二節(jié)合金的結(jié)晶一、

7、二元相圖的建立二、二元相圖的基本類型與分析1、二元勻晶相圖2、二元共晶相圖3、二元包晶相圖4、形成穩(wěn)定化合物的二元相圖5、具有共析反應(yīng)的二元相圖三、相圖與合金性能之間的關(guān)系合金的結(jié)晶過程比純金屬復(fù)雜，常用相圖進行分析.相圖是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過程的簡明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。用相圖可以了解不同成分的合金；可以知道該合金由那些相組成的；相對成分和含量是多少；還可以知道加熱和冷卻過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)變。亞共析鋼共析鋼過共析鋼共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口