合金的结晶与相图

合金的结晶与相图第一页，共五十九页，2022年，8月28日晶体结构与结晶晶体的概念：有规律、周期性排列晶格、晶胞、晶格常数立方晶系a=b=cα=β=γ=90°第二页，共五十九页，2022年，8月28日常见的金属晶格

1.体心立方α-铁、铬、钼、钨、钒第三页，共五十九页，2022年，8月28日2.面心立方γ-铁、铜、铝、镍等第四页，共五十九页，2022年，8月28日3.密排六方铍、镁、锌、镉等第五页，共五十九页，2022年，8月28日单晶体的各向异性概念：晶体沿不同方向有性能差异。结论：单晶体必有各向异性。第六页，共五十九页，2022年，8月28日实际金属结构金属的结构特点：是晶体是多晶体晶体内部有缺陷第七页，共五十九页，2022年，8月28日金属晶格内部的缺陷

1.点缺陷点缺陷的存在使金属能够比较容易的发生扩散现象第八页，共五十九页，2022年，8月28日2.线缺陷-位错位错的存在使金属能够比较容易发生塑性变形。第九页，共五十九页，2022年，8月28日3.面缺陷面缺陷的存在使金属的强度提高第十页，共五十九页，2022年，8月28日金属的结晶一.结晶的概念二.理论结晶温度与实际结晶温度：过冷度ΔT三.金属结晶的必要条件：一定的过冷度第十一页，共五十九页，2022年，8月28日金属的结晶过程温度越高,原子运动速度越快第十二页，共五十九页，2022年，8月28日金属的结晶结论:金属的结晶过程→形核与长大过程金属液形成晶核晶核长大形成晶体第十三页，共五十九页，2022年，8月28日等轴晶与枝晶枝晶形成的原因：优先长大方向金属不纯净；散热不均匀。第十四页，共五十九页，2022年，8月28日冷却速度对金属晶粒度的影响冷速大冷速小第十五页，共五十九页，2022年，8月28日孕育处理加入人工晶核晶粒细化第十六页，共五十九页，2022年，8月28日结论冷却速度：冷却速度↑→过冷度↑→形核率↑→晶粒度↓。变质处理：人工晶核→晶粒度↓第十七页，共五十九页，2022年，8月28日金属的同素异构性金属在一定温度下只能有一种晶体结构，但有些金属在不同温度下具有不同的晶体结构。铁的同素异构体：第十八页，共五十九页，2022年，8月28日同素异构转变过程形核与长大的过程γ-铁α-铁晶核α铁第十九页，共五十九页，2022年，8月28日金属铸锭的组织特点钢锭的组织特点表层细晶粒层中间柱状晶粒层心部粗大等轴晶粒层铸锭的组织对其性能的影响铸锭内部的缺陷缩孔与缩松偏析第二十页，共五十九页，2022年，8月28日二元合金基本概念：合金：以金属为基，添加其它有益元素组元：组成元素相：成分相同、结构相同、与其它相有相界。第二十一页，共五十九页，2022年，8月28日合金的相结构固溶体：不改变基体金属(溶剂)的晶格类型合金原子（溶质）弥散分布有一定溶解度。化合物：形成新的晶格原子配比固定。第二十二页，共五十九页，2022年，8月28日固溶体的分类按溶质原子在基体金属晶格所占据位置的不同分：置换固溶体间隙固溶体按溶解度分：有限固溶体无限固溶体第二十三页，共五十九页，2022年，8月28日置换固溶体置换固溶体有可能形成无限固溶体第二十四页，共五十九页，2022年，8月28日影响置换固溶体溶解度的因素晶格类型原子直径的相对大小；电负性的差别；电子浓度。第二十五页，共五十九页，2022年，8月28日间隙固溶体由H、O、C、N、B溶入过渡族金属而形成；溶解度很小；强化效果优于置换固溶体。第二十六页，共五十九页，2022年，8月28日化合物正常价化合物电子化合物间隙化合物间隙相WC、VC、TiC等，具有高熔点、高硬度、高稳定性。具有复杂结构的间隙化合物Fe3C、Cr23C6第二十七页，共五十九页，2022年，8月28日相图的概念组元：组成元素合金系：组元相同,浓度不同相平衡:相对量不变,相对浓度不变相图:合金系的相随温度而变化情况的图第二十八页，共五十九页，2022年，8月28日二元合金相图的建立热分析法建立相图的步骤：（1）配比合金；（2）测定冷却曲线；（3）确定临界点；（4）绘制相图。第二十九页，共五十九页，2022年，8月28日Cu-Ni合金相图概念：固相线液相线第三十页，共五十九页，2022年，8月28日匀晶相图含Ni为30%的合金的结晶过程分析：第三十一页，共五十九页，2022年，8月28日杠杆定律假定：成分为C的合金其重量为W,当冷却至T温度时，其固相和液相的成分分别为Cα和CL，现求Wα和WL:方程建立：

总重量不变：

W=Wα+WL………...(1)

溶质总量不变：

Wα×Cα+WL×CL=W×C…(2)第三十二页，共五十九页，2022年，8月28日推导过程将（1）代入（2）

Wα×Cα+WL×CL=（Wα+WL）×C方程变形公式一：Wα（Cα-C)=WL(C-CL)公式二：

Wα/WL=(C-CL)/（Cα-C)公式三：α%=Wα/W=(C-CL)/(Cα-CL)

L%=WL/W=(Cα-C)/(Cα-CL)第三十三页，共五十九页，2022年，8月28日晶内偏析因结晶冷却速度太快而造成的晶体内部成分的不均匀现象。用扩散退火来消除。第三十四页，共五十九页，2022年，8月28日共晶相图共晶转变：

L→α+β共晶点共晶线亚共晶合金、共晶合金、过共晶合金第三十五页，共五十九页，2022年，8月28日Pb-Sn合金的结晶过程分析0<Sn%≤18%的Pb-Sn合金：室温组织α+βⅡ第三十六页，共五十九页，2022年，8月28日共晶合金的结晶过程分析Sn%=62%的Pb-Sn合金：室温组织：第三十七页，共五十九页，2022年，8月28日亚共晶合金的结晶过程分析18<Sn%<62的Pb-Sn合金：室温组织：α＋βⅡ＋（α＋β）共第三十八页，共五十九页，2022年，8月28日室温平衡组织的计算计算含Sn为40%的Pb-Sn合金的室温平衡组织构成。计算过程：1.分析结晶过程，得到室温组织构成：α＋βⅡ＋（α＋β）共2.选适当的双相区和温度应用杠杆定律：L+α共晶温度第三十九页，共五十九页，2022年，8月28日计算过程共晶温度下：相组成：L+α成分：L为62%α为18%假设：α的重量百分比为x%,则L相的重量百分比为(1-x)%溶质总量不变：18x+62(1-x)=40X=50%

第四十页，共五十九页，2022年，8月28日比重偏析产生原因：因组元比重相差较大造成初晶相与液相的比重相差较大。危害材料组织和性能不均匀消除措施浇注时加快冷速和进行搅拌。不能用热处理来消除。第四十一页，共五十九页，2022年，8月28日包晶相图包晶转变：

α+L→β含Ag为40%的合金结晶过程分析：第四十二页，共五十九页，2022年，8月28日相图特例特例1：其中一组元完全不溶于另一组元。特例2：两组元形成中间化合物第四十三页，共五十九页，2022年，8月28日二元相图的基本规律规律一：相邻相区相数相差为一；规律二：三相共寸区为一水平线；规律三：稳定化合物区为一竖线；三相反应规律：第四十四页，共五十九页，2022年，8月28日相图的用途铸造生产成分控制→组织控制→性能控制。热处理工艺工艺指定组织控制焊接工艺第四十五页，共五十九页，2022年，8月28日第五章铁碳合金相图铁碳合金的相结构与性能第四十六页，共五十九页，2022年，8月28日铁碳合金相图相图特点：３个三相转变线；５个单相区；７个两相区；３条溶解度曲线。第四十七页，共五十九页，2022年，8月28日Fe-C合金示意图画出基本形状；记住关键点的成分；会分析典型合金的结晶过程会计算平衡组织的构成。第四十八页，共五十九页，2022年，8月28日工业纯铁含碳量：C%<0.02%结晶过程分析：γ→α＋γ→α→α＋Fe3C室温平衡组织：α＋Fe3C第四十九页，共五十九页，2022年，8月28日共析钢含碳量：C%=0.77%结晶过程分析：L→L+γ→γ→(α＋Fe3C)室温平衡组织：P第五十页，共五十九页，2022年，8月28日亚共析钢含碳量：0.02%<C%<0.77%结晶过程分析：γ→γ+α→α＋P室温平衡组织：α+P第五十一页，共五十九页，2022年，8月28日过共析钢含碳量：0.77%<C%<2.11%结晶过程分析：L→L+γ→γ→γ+Fe3C→P＋Fe3C室温平衡组织：α+P第五十二页，共五十九页，2022年，8月28日共晶白口铸铁含碳量：C%＝4.3%结晶过程分析：L→L+Ld’→Ld’→Ld室温平衡组织：Ld第五十三页，共五十九页，2022年，8月28日亚共晶白口铸铁含碳量：2.11%<C%<4.3%结晶过程分析：L→L+A→A+Ld’→P+Ld室温平衡组织：P+

Ld第五十四页，共五十九页，2022年，8月28日过共晶白口铸铁含碳量：4.3%<

C%<6.69%结晶过程分析：L→L+Fe3C→Fe3C+Ld’→Fe3C+Ld室温平衡组织：Fe3C+

Ld第五十五页，共五十九页，2022年，8月28日铁碳合金的分类及其组织工业纯铁：含碳量：<0.02%组织：α钢：含碳量：0.02～2.11%组织（F或K)+P白口铸铁：含碳量：2.11～6.69%组织(P或K)+Ld第五十六页，共五十九页，2022年，8月28日铁碳合金的成分与性能的关系对碳钢来说，含碳量越高，其强度和硬度越高，但其塑性和韧性越差过共析钢由于网状碳化物的析出造成其强度的下降。第五十七页，共五十九页，2022年，8月28日碳钢常存杂质对碳钢性能的影响：锰：含量少时影响不大硅：含量少时影响不大硫