工程材料金属与合金的结晶幻灯片.ppt

随温度下降，固溶体重量增加，液相重量减少。同时，固相成分沿固相线变化；液相成分沿液相线变化。 这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应。 （三）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： ① 确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成分垂线。在成分垂线相当于温度t 的o点作水平线，其与液固相线交点a、b所对应的成分x1、x2即分别为液相和固相的成分。 1 2 ? ? t 则 mL + m? =m mL x1 + m? x2 =xm 解方程组得 式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x1x(ao)的长度。 ② 确定两平衡相的相对重量 设合金的重量为m，液相重量为mL，固相重量为m?。 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） （三）枝晶偏析 不同温度下结晶出来的?相成分是不同的，温度高时结晶出来的?相含熔点高的镍元素多，温度低时结晶的?相含镍少。 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)。 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。 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。 生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火（均匀化退火）。 Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织 平衡组织 枝晶偏析组织 三、二元共晶相图 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图。 以 Pb-Sn 相图为例进行分析。 （一） 相图分析 ① 相： L、?、?三种相, ?是溶质Sn在 Pb中的固溶体， ?是溶质Pb在Sn中的固溶体。 ② 相区： 三个单相区： L、?、?； 三个两相区： L+?、L+?、?+ ?； 水平线CED是三相平衡的共存线。 A B ② 线： 液相线AEB， 固相线ACEDB。A、B分别为Pb、Sn的熔点。 固溶线: 溶解度点的连线称固溶线。相图中的CF、DG线分别为 Sn在 Pb中和 Pb在 Sn中的固溶线。固溶体的溶解度随温度降低而下降。 A B 共晶线：水平线CED叫做共晶线。 ③共晶反应： 在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应。 LE ?(?C + ?D) A B 共晶反应的产物，即两相的机械混合物称共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称共晶温度。代表共晶温度和共晶成分的点称共晶点。 Pb-Sn共晶组织 共晶体长大示意图 ? ? ? ? ? ? ? ? ? Sn原子 扩散 Pb原子 扩散 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。 凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。 L+? C D A B （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。 .2 （二）合金的结晶过程分析 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。 H 物质由液态转变为固态的过程称为凝固。 物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。 物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是液-固相变过程。 玻璃制品 水晶 第三章 金属与合金的结晶 结晶的重要性： 结晶之后得到的金属材料显微组织称为结晶组织、凝固组织(铸态组织)。结晶组织决定着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 纯金属的结晶 冷却曲线与过冷度 结晶的一般过程 金属结晶后晶粒大小 同素异构转变 一、纯金属冷却曲线与过冷 测定： 冷却曲线 金属结晶