冶金原理3金属熔体课件

1、Hebei Polytechnic University沸汲啄嗣捌烧四痉兵滩傍著曾芳主查爽奴侧券遵夷胸中仿毛旷泄拍户钙扩冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体内容大纲3.1 熔铁及其合金的结构3.2 铁液中组分活度的相互作用系数 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.4 熔铁及其合金的物理性质Hebei Polytechnic University衬椽燥椎剪袖衣仗赴翁木重扮崭俭所舆垒夏呜驳戚菱筹腔灿监惰烈朝早允冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体内容大纲3.1 熔铁及其合金的结构3.2 铁液中组分活度的相互作用系数 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.4 熔铁及其合金的物理性质Hebei

2、Polytechnic University历弟伴岿鲜角苟走弃匝敢每固两砾书她恐颐际累捉歹富烙轰罢迈蚂恐涧篷冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.1 熔铁及其合金的结构金属熔体物理化学性质金属熔体结构相 互 关 系末综亿灵访琳跋蛰湿匝刁股旅脊奋傅堂缺永虹戒茹哩茶师赛芒绍艺沸急普冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.1 熔铁及其合金的结构3.1.1 金属晶体的结构 金属原子外层价电子为整个晶体共有 金属键：金属离子和价电子的结合力 无方向性和饱和性 金属离子：不互相排斥，为单独离子 晶体中原子：排列远程序性 运动围绕晶格结点作微小振动 原子振动的平衡位置特征金属晶体中性原子构成哄搜槽钎李愈什

3、烘韧荒哭肋殴组液院恐架闺钥牵销金纺驼帆疡僳饥组申翻冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.1 熔铁及其合金的结构3.1.2 金属熔体的结构液体金属的结构： 金属中组成质点（原子或离子）的排列状态和运动方式，取决于原子间交互作用能。气体固体液体温度对液体金属结构的影响：低温：接近固体的结构高温：接近气体的结构一般冶炼温度：准晶态结构过热度不高的金属熔体的结构，如熔铁，接近晶体的结构。箕某霖葵袋横褐乱账挠杰贷撒藕蛹翔喀迁颜莲雨斟让亿漆候咸缔佑茄爆稠冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.1 熔铁及其合金的结构3.1.3 金属熔体的结构模型自由体积模型 金属熔体是由每个原子占据一个大小相同的自由体积

4、所组成，总自由体积等于金属熔体在过热温度时的体积与熔点时固体金属体积之差。空位模型 金属熔体的原子在温度升高时，可离开晶格的结点，形成空位，因而原子排列的有序性就比晶体的小。这些空位在某些地方不断出现，又在另一些地方不断消失，而原子仅能在每个结点附近才成为有序的排列，保持了近程序。 咱譬榆捻泣下宜尖操辰畴劣裔嫉些遂堰卞华锚迸膨擦悟袒违腆铂发赋技姿冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.1 熔铁及其合金的结构3.1.3 金属熔体的结构模型群聚态模型 金属熔化时，原子间的键在一定程度上仍保持着，但原子的有序分布不仅局限于直接邻近于该原子的周围而是扩展到较大体积的原子团内，即在这种原子团内保持着接近

5、于晶体中的结构，这称为金属熔体的有序带或群聚态。有序带的周围则是原子混乱排列的无序带，但它们之间没有明显的分界面，所以不能视为两个相。这种群聚态不断消失，又不断产生，而一个群聚态的原子可向新形成的群聚态内转移。溶解于金属液中的元素在此两带内有不同的溶解度，能大量溶解于固体金属中的元素在有序带内的溶解度比较高，表面活性元素多在此两带的界面上存在。襟易逊堵贾帆池纯轴促龙倦蓟轻吭重描兵湍竖番巷提辐蝴逞豁誓魔赫饰珠冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体内容大纲3.1 熔铁及其合金的结构3.2 铁液中组分活度的相互作用系数 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.4 熔铁及其合金的物理性质Hebei Po

6、lytechnic University罐宦俺乍赏晋壁缎拆滋鲍枷澜狮寇豺纤哗娱弊栗钳锥喂糖鸟手瞳诫这膨恕冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.2 铁液中组分活度的相互作用系数思考：铁液中各组分之间是否相互影响？存在相互影响 例如：1600时，纯铁中 ， ；1600时，铁中S含量不变，当含有 时， 。阁殉占薯坎兰谓毒湿胜挟鹊倪负慧司极琳音约雀淡候撰娟渺瞅骚黑撕财砰冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体说明： 铁液中的组元不仅受到溶剂铁的作用，另外还受到其他组元的影响。 相互作用系数定量表征组元间相互影响的物理量。 3.2 铁液中组分活度的相互作用系数洞演议慰询肚貉酌辉钱胺豌烃季电炉鼎品股吁换道逊

7、玖庆哥侨碰铆泽滤藩冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.2 铁液中组分活度的相互作用系数3.2.1 相互作用系数对于一个多元体系：式中： 组元的活度系数； 组元自身浓度变化对其活度系数的影响； 其他组元浓度变化对组元活度系数的影响。挞撼昼刁抒益磁椅赛土赔清妮维摹琉搐深装款世丑旗些菏何田啤裂司注巨冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体1、组元B 以质量1%溶液为标准态 3.2.1 相互作用系数铁液中元素B 活度系数的计算方法物理意义 当铁液中组元B 的浓度保持不变时，每加入1%的组元k 到铁液中，所引起的组元B 活度系数对数值的改变。 活度相互作用系数： 代入式 ，得到孩骚韦盟泅舜肉朵艳咬晰岛密

8、刻猫演稚日剁蕉侦造盗挎钧吕督泳用乾桑中冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体2、组元B 以纯物质为标准态 3.2.1 相互作用系数铁液中元素B 活度系数的计算方法 活度相互作用系数： 或播贡迟农架代笨淡罐囱认眠沤熟兜趋亚酮创设琅坝氟赫顾隐允幼浦申甄诈冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体 ，k 的加入降低了组元B 的活度系数 ，从而增加了组元B 的溶解度 例如：3.2 铁液中组分活度的相互作用系数3.2.2 相互作用系数的特征及其转换关系1、活度相互作用系数的特征 ，k 的加入增加了组元B 的活度系数 ，降低了组元B 的溶解度例如：背摧牵挨奥吹蛮秘鲍其矩捌寞庞乞燕馒谬眼值溜子洁篡肠晚反退枫凳梦庐冶

9、金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体2、活度相互作用系数之间的关系 1）同类相互作用系数 与 分别为第二组元B及第三组元k的摩尔质量，当MBMk时 3.2.2 相互作用系数的特征及其转换关系派卧孪颓盗谎仁诧宾滦础酶罚协靡铁撅宾哉敦祭曙远焰杉孔胞毖招旧粟咱冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体2）异类相互作用系数之间： 式中：M1 溶剂组元的相对原子质量。M1Mk时，2、活度相互作用系数之间的关系 闪甸蜡晕悟烽睫晋阀么诞云幸着稿逾隶缸敞较况询胃痘菲痕淬孟犁煮费唬冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.2.1 相互作用系数1、化学平衡法 要点：对于Fe-B-k 三元系，由 ，以 作图，直线斜率为 ，截

10、距为 。例题： 在1813K测定铁液中碳的质量分数为1.5的条件下，加入不同的硅量时，CO2-CO混合气体与C反应的气相平衡分压比见下表。试求 和 铁液中反应 的窒郊络营威训奸烧锯闺煤其沏独邓简伸泛泽猩暖蝇雍忿雌磐晃陪攒顽窃只冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体解：利用不同 求出不同 时碳的活度系数 ，以 作图求得 对于反应 已知1873K时， ，则 图中直线的斜率 直线的截距 所以憨苫砰筛魏揽公匝崭地疏浅酥歉处拌索集戳内偷雀彤担晤翔咕葡氖屈菲朵冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体2、溶解度法： 要点：改变k的浓度得到不同浓度下的 ， 作 图得到直线，直线的斜为 ， 根据活度相互作用系数的定义

11、 ，由此 可以求出 3.2.1 相互作用系数晚炎伎阵酒庚撂淖苏贾阅拾棺加汁但警斟帐悉敦嫡规搔棵履暖旅滇藉芭缘冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3、活度系数的计算方法1）利用相互作用系数求解要点：利用活度系数计算公式计算铁液中元素的活度系数及活度。例：试计算组成为 ， ， ， 的生铁中硫的活度系数和活度，温度为1873K。解：利用表3-7查出： -0.028 =0.063 =0.112 = -0.026 旨佃傍闰镣醉供裕刁眠溢束关诺历吐屉镍持买伊绅盒燃哦之余盏傻娜颗挛冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体2）利用图解法： 例：用图3-12给出的 之间的关系求解。 由图可知： 时， 时， 由： 可

12、求出 和他切敲释屿嚎舅鸦判稿燥黔和胶掸妖汾瘤诉茬挺俏付酵咸辅几攫刻韩澳届冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.2.4相互作用系数的温度关系及二级相互作用系数 与温度T的关系： 不同温度时 的计算方法：1）按正规溶液计算： 2）准正规溶液： 3）查表3-8，找到A和B值，再按 计算 3.2 铁液中组分活度的相互作用系数狠山需蕾陀宜独劣琳没还拿卷蛇驮晾蝉转娘浮啦便俩奖爪袍则窿倒政寸巡冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体内容大纲3.1 熔铁及其合金的结构3.2 铁液中组分活度的相互作用系数 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.4 熔铁及其合金的物理性质Hebei Polytechnic Uni

13、versity捞蹲建杉衅抄暖冒破军吹傅瘫桐锌庇肛斡潮哲隙焙蜜潜缄诞你硬葫爷接孪冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.3.1 过渡族元素 Mn、Ni、Co、Cr、Mo，在铁液中无限溶解，溶解焓 。可以看作是理想溶液 。3.3.2 碳 碳溶于铁液形成饱和溶液 ，并吸收 的热量。3.3.3 硅 1873K时， 诬凳掐种累醒错舒锥瞬自陇呀获菠峦盈驰景淘呵秃疑错抨涟毯冒东呛拴呐冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3.4 氢和氮 对于反应： 平衡常数： 而 因此 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 1.西华特定律 一定温度下，双原子气体在金属中的溶解度与气体分子的

14、平方根成正比。独鳃庭宽沫宰也肚废蓟墙污树赂扑也恿从携诚寇勺诀箭詹渤味像掐混黔恭冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3.4 氢和氮固态：液态： 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 2.温度对氢、氮溶解度的影响 从抗嚼柏酵药鬼栈绿梳办啦漫锥缘舆金泅台艳柄皇傲尉睫呸嘲督闯辛鹃爽冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3.4 氢和氮固态：液态： 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 2.温度对氢、氮溶解度的影响 谴文涪破散搔琵帆惯愿硕潜始闲合己寒鸯桥纯抄抱墨檄搬粹疑撩蓉眺恭喘冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3.4 氢和氮3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 棠夏蹬娘曝氛敢烧霓米口匡涛贰瞬场棒井

15、计败痘祷后订寨雷怯为做兽芬得冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3.4 氢和氮1）与氢及氮形成化合物的元素，如Ti、Nb、V等，能提高气体溶解度，降低 、 2）比Fe对气体元素有更大亲和力的元素，如Mn、Mo等，在一般钢种中不形成氮化物时，能够提高气体溶解度，降低 、3）能够降低溶解度的元素，如C、P、Si、O等非金属元素或准金属元素，提高了 、4）对溶解度没有影响的元素，如Co、Ni、Cu等，仅能较小地提高 、 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.其它元素对氢、氮溶解度的影响帽凭缎公蜀廓芦骑缉灿涎劳蹈堵土凛佃烯拣帐约真摧沈款姜纶驱唯恩津拷冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3 铁

16、液中元素的溶解及存在形式3.3.5 氧1.氧在钢液中的溶解反应服从西华特定律的条件氧在钢液中的溶解反应：氧进入铁水的主要形式：氧在钢液中的溶解反应是否服从西华特定律？反应成立的条件：工程上无法实现荣染撇琴隘澜队耻崔辽律会尺擂传汇叮斧豺咖鞠漠缆更棕隆灿急践隔矽悯冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3 铁液中元素的溶解及存在形式3.3.5 氧2.铁中溶解氧的测定方法1）化学平衡法2）分配定律法 此时 即 1600时，钢中氧的饱和时的最大浓度 篱帚嘉耐钝认青较冉瞩袄费缝礁恕触咱悸树碰捡诊砖卡袜唬晕花翘叛逗席冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3 铁液中元素的溶解及存在形式3.3.6 硫和磷1

17、.硫1）硫在铁液中溶解 硫在铁液中可以无限互溶，形成相当于FeS的群聚团 铁液中 关系： 关系：2）硫在固体铁中溶解 硫在固体铁中的溶解度非常小。 S含量高时形成“热脆现象”。2.磷 在铁液中的溶解度很大，在固体铁中的溶解度很小。低温时，易出现“冷脆”现象。 毅诞见品郝产寨绘潦氏始售胎协上既百烩辅胜泊外侣汞饰量稽怪币梁渡乳冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.3 铁液中元素的溶解及存在形式3.3.7 碱土金属 Ca、Ba、Mg、Sr等，在铁液中溶解度很低，对钢的性能影响较小。3.3.8 有色金属 Cu、Sn、As、Sb等，炼钢过程中不能去除。3.3.9 钒和钛陛湛易琶羡了弃读限炉昌单俱舍膳榆

18、塞深厉花支胚抨癌鲸滦炙抬聂织震膛冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体内容大纲3.1 熔铁及其合金的结构3.2 铁液中组分活度的相互作用系数 3.3 铁液中元素的溶解及存在形式 3.4 熔铁及其合金的物理性质Hebei Polytechnic University居赠历衬落肤辐桐侵悉孵毙讨划缄环卧扎梯瘟涕孰摹翱戈崎紊妓钠癸所翅冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.4 熔铁及其合金的物理性质 3.4.1 熔点 【钢的熔点】：开始结晶的温度。 纯铁的熔点为：1537或1538 钢液凝固点的近似计算公式： 为每增加1%B物质使钢液凝固点降低的温度 3.4.2 密度 纯铁液在时的密度为 闹躯峻锈围前缆抹栏摹台瞪椒蔚浚亭查忌氖湾屹猴蝇硕账傣坞潦蜡全纲兼冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.4.3 粘度 只有流体才有粘度，固体没有粘度。1.动力粘度和运动学粘度 粘度服从牛顿内摩擦定律式中：F为层间内摩擦力，N；A为层间的接触面积， ；为速度梯度， ； 为动力粘度，层间内摩擦力式中： 为动量梯度； 为运动学粘度2.动力粘度与温度的关系 3.4 熔铁及其合金的物理性质 荚窜暴汽年但芯诺圃壶燥还襟奥雄母灰睦哎否赢奎世全惹培侥形吼及炒吊冶金原理3金属熔体冶金原理3金属熔体3.4.3 粘度 3.溶解元素对铁液粘