《熔化与凝固》课件

熔化与凝固目录熔化与凝固的概念熔化的定义熔化的条件熔化过程凝固过程凝固的定义凝固的条件凝固过程中的相变凝固组织与性能晶粒的形成与生长凝固缺陷时间-温度-转变曲线合金的凝固铁碳合金的凝固铸铁与钢的凝固组织与凝固组织相关的性能什么是熔化与凝固熔化和凝固是物质两种常见的物理变化，两者互为逆过程。熔化是指物质从固态转变为液态的过程，而凝固则是指物质从液态转变为固态的过程。熔化的概念物质状态变化熔化是物质从固态转变为液态的过程。温度升高当固体物质的温度升高到一定程度时，物质内部的粒子运动加剧，克服了固体之间的相互作用力，从而使固体熔化。熔点在一定压力下，固体开始熔化的温度称为熔点。熔化的条件温度物质达到其熔点时，就会发生熔化。压强在一定压力下，物质的熔点会有所变化。金属的熔化过程1加热提供能量2熔化固态变液态3温度升高继续吸收能量熔化热定义物质在熔点由固态转变为液态时所吸收的热量。单位焦耳/克或卡路里/克。影响因素物质的种类、压力和熔点。金属的凝固过程熔融金属冷却随着温度下降，金属原子动能降低，吸引力逐渐增强。原子开始聚集原子之间开始形成微小的晶核，并逐渐长大。晶粒相互碰撞晶核不断长大，彼此相遇并形成晶界。金属完全凝固当所有熔融金属都凝固成固体时，凝固过程完成。凝固的概念从液态到固态凝固是指物质从液态转变为固态的过程。原子排列在凝固过程中，物质的原子或分子从无序的液体状态排列成有序的固体结构。热能释放凝固过程伴随着热能的释放，因为物质从高能量的液体状态转变为低能量的固体状态。凝固的条件温度降低当熔融金属的温度降低到其凝固点以下时，金属开始凝固。晶核形成熔融金属中的原子必须排列成有序的晶体结构，形成晶核。晶粒生长晶核逐渐长大，并最终连接在一起形成固态金属。凝固过程中的相变1液态物质处于无序状态，原子或分子能够自由运动2固态物质处于有序状态，原子或分子排列整齐3相变物质从液态转变为固态的过程凝固方式结晶凝固熔化的金属通过结晶过程冷却固化。结晶凝固是金属凝固的主要方式。它从熔体中析出晶体，并在冷却过程中形成固态结构。非晶态凝固金属熔体冷却时不形成晶体，而是以非晶态固化，也称为玻璃态或无定形态。非晶态金属具有独特的性能，例如高强度和耐腐蚀性。铸件的凝固过程1形核熔体中的原子开始聚集形成固体晶核，这是凝固过程的第一步。2晶粒生长晶核不断长大，并相互接触，形成晶粒。3晶界形成当晶粒生长到一定程度，它们会相互接触，形成晶界，铸件的凝固过程完成。晶粒的形成1晶核形成当熔体冷却到凝固点以下时，一些原子开始聚集，形成微小的晶核。这些晶核是未来晶粒的起点。2晶核长大晶核一旦形成，就会吸引更多的原子加入，从而不断长大。随着时间的推移，这些晶核会逐渐变成晶粒，形成固态材料的微观结构。3晶粒生长随着熔体进一步冷却，越来越多的晶核形成，并不断长大，直到最终占据整个熔体，完成凝固过程。晶粒生长成核凝固过程中，晶粒开始形成的第一个阶段。晶核长大新形成的晶核逐渐生长，越来越大。晶粒合并当晶粒继续生长，它们最终会彼此接触，形成晶界。晶界的形成1不同晶粒相互接触2原子排列不连续性3晶界形成界面晶粒大小的调控细化晶粒通过增加晶核数量，降低凝固速度可以细化晶粒。粗化晶粒通过减少晶核数量，提高凝固速度可以粗化晶粒。热流向对晶粒形态的影响1方向凝固热流方向一致时，晶粒沿热流方向生长，形成柱状晶。2等温凝固热流均匀，晶粒呈等轴状。3影响晶粒形态影响材料的强度和韧性。凝固缺陷气孔缺陷气孔是铸件内部的空洞，可能是由于凝固过程中气体析出或气体吸入造成的。收缩孔缺陷收缩孔是铸件凝固过程中金属体积收缩形成的空洞，通常发生在铸件的厚壁处。晶粒粗大晶粒粗大是指铸件的晶粒尺寸过大，会降低材料的强度和塑性。气孔缺陷气孔是铸件内部的气体空洞降低铸件强度和韧性可能导致漏气或渗漏收缩孔缺陷收缩力金属在凝固过程中体积会发生收缩，这种收缩力会导致内部形成空洞。缺陷类型收缩孔可分为内部收缩孔和表面收缩孔，内部收缩孔难以修复。影响因素收缩孔的形成与合金的成分、凝固速度、浇注温度和铸型结构有关。晶粒粗大晶粒尺寸过大强度和硬度降低韧性下降，易发生断裂晶粒细小的应用强度提升细小的晶粒可以显著提高材料的强度和硬度，这在许多工程应用中至关重要。耐腐蚀性细晶粒结构可以有效地阻止腐蚀的发生和蔓延，延长材料的使用寿命。韧性增强细晶粒结构可以提高材料的韧性，使其在承受冲击载荷时不易断裂。晶粒细小的方法快速冷却快速冷却可以减少晶粒生长的时间，从而使晶粒保持细小。加入晶粒细化剂晶粒细化剂可以抑制晶粒生长，从而使晶粒保持细小。振动振动可以促进晶核形成，从而增加晶粒数量，使晶粒细小。时间-温度-转变曲线时间-温度-转变曲线(TTT)图描述了合金在不同温度下凝固过程中的相变情况。该曲线有助于预测合金在不同冷却速率下形成的组织结构。例如，在快速冷却时，合金可能形成细小晶粒的组织结构，而在缓慢冷却时，则可能形成粗大晶粒的组织结构。铁碳合金的凝固过程1奥氏体液态铁碳合金冷却至1147℃时开始析出奥氏体2珠光体继续冷却至727℃时，奥氏体开始转变为珠光体3莱氏体过冷度增加，珠光体转变为莱氏体铁碳合金的凝固组织铁素体铁素体是铁碳合金中的一种固溶体，具有体心立方晶体结构。奥氏体奥氏体是铁碳合金中的一种固溶体，具有面心立方晶体结构。渗碳体渗碳体是一种铁碳化合物，具有正交晶体结构。铸铁的凝固组织石墨铸铁中的石墨形态直接影响其性能。基体基体通常为铁素体或珠光体，影响铸铁的强度和硬度。共晶组织共晶组织由石墨和铁素体或珠光体组成，影响铸铁的韧性。钢的凝固组织奥氏体在液态钢凝固时，首先形成奥氏体。奥氏体是面心立方结构的固溶体，可以溶解大量的碳。铁素体随着温度的降低，奥氏体开始转变为铁素体。铁素体是体心立方结构的固溶体，溶解的碳含量很低。珠光体如果钢中的碳含量较高，则奥氏体会在降温过程中转变为珠光体。珠光体是铁素体和碳化铁的层状混合物。与凝固组织有关的性能强度晶粒细化可以提高强度，因为细小的晶粒比粗大的晶粒更能抵抗变形。韧性晶粒细化可以提高韧性，因为细小的晶粒可以吸收更多的能量，从而延缓断裂。塑性晶粒细化可以提高塑性，因为细小的晶粒可以更容