金屬的結(jié)晶與相圖ppt課件.ppt

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1、第三章金屬的結(jié)晶第一節(jié)純金屬的結(jié)晶第二節(jié)合金的結(jié)晶第三節(jié)鐵碳合金相圖第四節(jié)凝固組織及其控制1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.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2物質(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3一、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。曲線上水平階段所對應(yīng)的溫度稱實際結(jié)晶溫度T1。曲線上水平階段是由于結(jié)晶時放出結(jié)晶潛熱引起的.純金屬的冷卻曲線42、

2、過冷與過冷度純金屬都有一個理論結(jié)晶溫度T0(熔點或平衡結(jié)晶溫度)。在該溫度下,液體和晶體處于動平衡狀態(tài)。結(jié)晶只有在T0以下的實際結(jié)晶溫度下才能進行。霧凇5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)晶溫度的差?T稱過冷度?T=T0–T1過冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大，過冷度越大。6二、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，稱為晶胚。T0T1ΔT液體和晶體自由能隨溫度變化晶核的大小

3、也即晶核半徑與ΔG有密切關(guān)系在T0以下,經(jīng)一段時間后(即孕育期),一些大尺寸的晶胚將會長大，稱為晶核。7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。82、晶核的形成方式形核有兩種方式，即均勻形核和非均勻形核。由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核稱均勻形核。以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非均勻形核。非均勻形核更為普遍。均勻形核93、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

4、的實際觀察10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11樹枝狀結(jié)晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶12三、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)象稱同素異純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變13?-Fe、?-Fe為體心立方結(jié)構(gòu)

5、(BCC)，?-Fe為面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)。都是鐵的同素異構(gòu)體。?-Fe?-Fe142、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)錫疫返回15第二節(jié)合金的結(jié)晶一、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6、二元相圖的分析步驟7、

6、相圖與合金性能之間的關(guān)系16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。相圖通常以溫度和成分為獨立變量。17合金系是指由兩個或兩個以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。組元是指組成合金的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物質(zhì)。多數(shù)情況下組元是指組成合金的元素。但對于既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的化合物也可看作組元,如Fe-C合金中的Fe3C。Cu-Ni合金相圖L?成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi18相圖表示了

7、在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。根據(jù)組元數(shù),分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。Fe-C二元相圖三元相圖19二元相圖的建立步驟為：[以Cu-Ni合金(白銅)為例]1.配制不同成分的合金，測出各合金的冷卻曲線，找出曲線上的臨界點（停歇點或轉(zhuǎn)折點）。2.將臨界點標在溫度—成分坐標中的成分垂線上。3.將垂線上相同意義的點連接起來，并標上相應(yīng)的數(shù)字和字母。相圖中，結(jié)晶開始點的連線叫液相線。結(jié)晶終了點的連線叫固相線。一、二元相圖的建立幾乎所有的相圖

8、都是通過實驗得到的，最常用的是熱分析法。20二、二元相圖的基本類型與分析兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無限互溶時所構(gòu)成的相圖稱二元勻晶相圖。以Cu-Ni合金為例進行分析。Cu-Ni合金相圖1、二元勻晶相圖21相圖由兩條線構(gòu)成，上面是液相線，下面是固相線。相圖被兩條線分為三個相區(qū)，液相線以上為液相區(qū)L，固相線以下為固溶體?區(qū)，兩條線之間為兩相共存的兩相區(qū)（L+?）。?LL+?成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi液相線固相線22⑴合金的結(jié)晶過程除純組元外，其它成分合金結(jié)晶過程相似