合金的結(jié)晶與相圖

合金的結(jié)晶與相圖第1頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶晶體的概念：有規(guī)律、周期性排列晶格、晶胞、晶格常數(shù)立方晶系a=b=cα=β=γ=90°第2頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一常見(jiàn)的金屬晶格

1.體心立方α-鐵、鉻、鉬、鎢、釩第3頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.面心立方γ-鐵、銅、鋁、鎳等第4頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.密排六方鈹、鎂、鋅、鎘等第5頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單晶體的各向異性概念：晶體沿不同方向有性能差異。結(jié)論：?jiǎn)尉w必有各向異性。第6頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是晶體是多晶體晶體內(nèi)部有缺陷第7頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一金屬晶格內(nèi)部的缺陷

1.點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷的存在使金屬能夠比較容易的發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象第8頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.線缺陷-位錯(cuò)位錯(cuò)的存在使金屬能夠比較容易發(fā)生塑性變形。第9頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.面缺陷面缺陷的存在使金屬的強(qiáng)度提高第10頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一金屬的結(jié)晶一.結(jié)晶的概念二.理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度：過(guò)冷度ΔT三.金屬結(jié)晶的必要條件：一定的過(guò)冷度第11頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一金屬的結(jié)晶過(guò)程溫度越高,原子運(yùn)動(dòng)速度越快第12頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一金屬的結(jié)晶結(jié)論:金屬的結(jié)晶過(guò)程→形核與長(zhǎng)大過(guò)程金屬液形成晶核晶核長(zhǎng)大形成晶體第13頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一等軸晶與枝晶枝晶形成的原因：優(yōu)先長(zhǎng)大方向金屬不純凈；散熱不均勻。第14頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一冷卻速度對(duì)金屬晶粒度的影響冷速大冷速小第15頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一孕育處理加入人工晶核晶粒細(xì)化第16頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)論冷卻速度：冷卻速度↑→過(guò)冷度↑→形核率↑→晶粒度↓。變質(zhì)處理：人工晶核→晶粒度↓第17頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一金屬的同素異構(gòu)性金屬在一定溫度下只能有一種晶體結(jié)構(gòu)，但有些金屬在不同溫度下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。鐵的同素異構(gòu)體：第18頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程形核與長(zhǎng)大的過(guò)程γ-鐵α-鐵晶核α鐵第19頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一金屬鑄錠的組織特點(diǎn)鋼錠的組織特點(diǎn)表層細(xì)晶粒層中間柱狀晶粒層心部粗大等軸晶粒層鑄錠的組織對(duì)其性能的影響鑄錠內(nèi)部的缺陷縮孔與縮松偏析第20頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二元合金基本概念：合金：以金屬為基，添加其它有益元素組元：組成元素相：成分相同、結(jié)構(gòu)相同、與其它相有相界。第21頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一合金的相結(jié)構(gòu)固溶體：不改變基體金屬(溶劑)的晶格類型合金原子（溶質(zhì)）彌散分布有一定溶解度?；衔铮盒纬尚碌木Ц裨优浔裙潭?。第22頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一固溶體的分類按溶質(zhì)原子在基體金屬晶格所占據(jù)位置的不同分：置換固溶體間隙固溶體按溶解度分：有限固溶體無(wú)限固溶體第23頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一置換固溶體置換固溶體有可能形成無(wú)限固溶體第24頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一影響置換固溶體溶解度的因素晶格類型原子直徑的相對(duì)大小；電負(fù)性的差別；電子濃度。第25頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一間隙固溶體由H、O、C、N、B溶入過(guò)渡族金屬而形成；溶解度很??；強(qiáng)化效果優(yōu)于置換固溶體。第26頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一化合物正常價(jià)化合物電子化合物間隙化合物間隙相WC、VC、TiC等，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高穩(wěn)定性。具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物Fe3C、Cr23C6第27頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一相圖的概念組元：組成元素合金系：組元相同,濃度不同相平衡:相對(duì)量不變,相對(duì)濃度不變相圖:合金系的相隨溫度而變化情況的圖第28頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二元合金相圖的建立熱分析法建立相圖的步驟：（1）配比合金；（2）測(cè)定冷卻曲線；（3）確定臨界點(diǎn)；（4）繪制相圖。第29頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Cu-Ni合金相圖概念：固相線液相線第30頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一勻晶相圖含Ni為30%的合金的結(jié)晶過(guò)程分析：第31頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一杠桿定律假定：成分為C的合金其重量為W,當(dāng)冷卻至T溫度時(shí)，其固相和液相的成分分別為Cα和CL，現(xiàn)求Wα和WL:方程建立：

總重量不變：

W=Wα+WL………...(1)

溶質(zhì)總量不變：

Wα×Cα+WL×CL=W×C…(2)第32頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一推導(dǎo)過(guò)程將（1）代入（2）

Wα×Cα+WL×CL=（Wα+WL）×C方程變形公式一：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33頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一晶內(nèi)偏析因結(jié)晶冷卻速度太快而造成的晶體內(nèi)部成分的不均勻現(xiàn)象。用擴(kuò)散退火來(lái)消除。第34頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一共晶相圖共晶轉(zhuǎn)變：

L→α+β共晶點(diǎn)共晶線亞共晶合金、共晶合金、過(guò)共晶合金第35頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Pb-Sn合金的結(jié)晶過(guò)程分析0<Sn%≤18%的Pb-Sn合金：室溫組織α+βⅡ第36頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一共晶合金的結(jié)晶過(guò)程分析Sn%=62%的Pb-Sn合金：室溫組織：第37頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一亞共晶合金的結(jié)晶過(guò)程分析18<Sn%<62的Pb-Sn合金：室溫組織：α＋βⅡ＋（α＋β）共第38頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一室溫平衡組織的計(jì)算計(jì)算含Sn為40%的Pb-Sn合金的室溫平衡組織構(gòu)成。計(jì)算過(guò)程：1.分析結(jié)晶過(guò)程，得到室溫組織構(gòu)成：α＋βⅡ＋（α＋β）共2.選適當(dāng)?shù)碾p相區(qū)和溫度應(yīng)用杠桿定律：L+α共晶溫度第39頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一計(jì)算過(guò)程共晶溫度下：相組成：L+α成分：L為62%α為18%假設(shè)：α的重量百分比為x%,則L相的重量百分比為(1-x)%溶質(zhì)總量不變：18x+62(1-x)=40X=50%

第40頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比重偏析產(chǎn)生原因：因組元比重相差較大造成初晶相與液相的比重相差較大。危害材料組織和性能不均勻消除措施澆注時(shí)加快冷速和進(jìn)行攪拌。不能用熱處理來(lái)消除。第41頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變：

α+L→β含Ag為40%的合金結(jié)晶過(guò)程分析：第42頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一相圖特例特例1：其中一組元完全不溶于另一組元。特例2：兩組元形成中間化合物第43頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二元相圖的基本規(guī)律規(guī)律一：相鄰相區(qū)相數(shù)相差為一；規(guī)律二：三相共寸區(qū)為一水平線；規(guī)律三：穩(wěn)定化合物區(qū)為一豎線；三相反應(yīng)規(guī)律：第44頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一相圖的用途鑄造生產(chǎn)成分控制→組織控制→性能控制。熱處理工藝工藝指定組織控制焊接工藝第45頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第五章鐵碳合金相圖鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)與性能第46頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鐵碳合金相圖相圖特點(diǎn)：３個(gè)三相轉(zhuǎn)變線；５個(gè)單相區(qū)；７個(gè)兩相區(qū)；３條溶解度曲線。第47頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Fe-C合金示意圖畫出基本形狀；記住關(guān)鍵點(diǎn)的成分；會(huì)分析典型合金的結(jié)晶過(guò)程會(huì)計(jì)算平衡組織的構(gòu)成。第48頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一工業(yè)純鐵含碳量：C%<0.02%結(jié)晶過(guò)程分析：γ→α＋γ→α→α＋Fe3C室溫平衡組織：α＋Fe3C第49頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一共析鋼含碳量：C%=0.77%結(jié)晶過(guò)程分析：L→L+γ→γ→(α＋Fe3C)室溫平衡組織：P第50頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一亞共析鋼含碳量：0.02%<C%<0.77%結(jié)晶過(guò)程分析：γ→γ+α→α＋P室溫平衡組織：α+P第51頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一過(guò)共析鋼含碳量：0.77%<C%<2.11%結(jié)晶過(guò)程分析：L→L+γ→γ→γ+Fe3C→P＋Fe3C室溫平衡組織：α+P第52頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一共晶白口鑄鐵含碳量：C%＝4.3%結(jié)晶過(guò)程分析：L→L+Ld’→Ld’→Ld室溫平衡組織：Ld第53頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一亞共晶白口鑄鐵含碳量：2.11%<C%<4.3%結(jié)晶過(guò)程分析：L→L+A→A+Ld’→P+Ld室溫平衡組織：P+

Ld第54頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一過(guò)共晶白口鑄鐵含碳量：4.3%<

C%<6.69%結(jié)晶過(guò)程分析：L→L+Fe3C→Fe3C+Ld’→Fe3C+Ld室溫平衡組織：Fe3C+

Ld第55頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鐵碳合金的分類及其組織工業(yè)純鐵：含碳量：<0.02%組織：α鋼：含碳量：0.02～2.11%組織（F或K)+P白口鑄鐵：含碳量：2.11～6.69%組織(P或K)+Ld第56頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鐵碳合金的成分與性能的關(guān)系對(duì)碳鋼來(lái)說(shuō)，含碳量越高，其強(qiáng)度和硬度越高，但其塑性和韌性越差過(guò)共析鋼由于網(wǎng)狀碳化物的析出造成其強(qiáng)度的下降。第57頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期一碳鋼常存雜質(zhì)對(duì)碳鋼性能的影響：錳：含量少時(shí)影響不大硅：含量少時(shí)影響不