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第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.1金屬金屬:具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì).非金屬:具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì).金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):孤立的自由原子=帶正電的原子核+帶負(fù)電的核外電子核外電子=內(nèi)層電子+外層電子價(jià)電子=最外層的電子金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):外層

4個(gè)價(jià)電子;正電性元素.非金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):外層4-7個(gè)價(jià)電子;負(fù)電性元素.過(guò)渡族金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):化合價(jià)可變.二.金屬鍵離子鍵:氯化鈉共價(jià)鍵:金剛石金屬鍵:電子云三.結(jié)合力與結(jié)合能原子間結(jié)合力=原子間吸引力+排斥力do:平衡點(diǎn),吸引力=排斥力.結(jié)合力=0.dc:最大結(jié)合力=理論抗拉強(qiáng)度.原子間結(jié)合能=原子間吸引能+排斥能do:結(jié)合能最低,原子的勢(shì)能最低、最穩(wěn)定。EAB:原子間結(jié)合能

當(dāng)大量原子結(jié)合成固體時(shí)，為使固態(tài)金屬具有最低的能量，以保持其穩(wěn)定狀態(tài)，大量原子間必須保持一定的平衡距離，是固態(tài)金屬的原子趨于規(guī)則排列的重要原因。1.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體:在三維空間作有規(guī)律的周期性排列的物質(zhì).非晶體：內(nèi)部原子是散亂分布的。在一定條件下，晶體和非晶體可以互相轉(zhuǎn)換。一.晶體的特性有一定熔點(diǎn).各向異性.二.晶格與晶胞陣點(diǎn)(結(jié)點(diǎn))：原子（離子、分子、原子群、分子群）抽象的幾何點(diǎn)?？臻g點(diǎn)陣(晶格)：用直線將陣點(diǎn)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)描述晶體中原子排列規(guī)律的三維空間格架。晶胞：晶格中能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元。晶格常數(shù)（點(diǎn)陣常數(shù)）：晶胞的棱邊長(zhǎng)度，X、Y、Z軸為a,b,c.軸夾角：晶胞的棱邊夾角，Y-Z、Z-X、X-Y為、、。三.三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)(一)體心立方晶格---BCC(bodycenteredcubic)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原子半徑原子數(shù):1+1/8x8=2配位數(shù):8(與任一原子等距離、最近鄰的原子總數(shù)）致密度：0.68(K=nV1/V)(二)面心立方晶格---FCC(facecenteredcubic)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):原子半徑原子數(shù):1/8x8+1/2x6=4配位數(shù):3x4=12致密度:0.74(三)密排六方晶格---HCP(hexagonalclose-packed)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原子半徑:a/2原子數(shù):1/6x12+?x2+3=6配位數(shù):6+2x3=12致密度:0.74c/a=1.633(四).晶體中的原子堆垛方式和間隙密排面:晶體中,原子間最緊密排列的平面.

密排六方晶格:底面;

面心立方晶格:(111)

體心立方晶格:(110)(次密排面)1.晶體中的原子堆垛方式體心立方晶格:ABABAB面心立方晶格:ABCABCABC密排六方晶格:ABABAB2.晶體中的間隙體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格四.晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向[uvw]:晶體中,任意兩個(gè)原子之間的連線所指的方向.晶面(hkl):晶體中,由一系列原子所組成的平面.1.晶向指數(shù)確定方法:晶向族<uvw>:原子排列相同但是空間位向不同的所有晶向.某一晶體中,一個(gè)晶向表示一組平行的原子分布相同的直線.若兩個(gè)晶向數(shù)字和順序相同,但是符號(hào)(正負(fù)號(hào))相反表示直線方向相反.2.晶面指數(shù)確定方法晶面族{hkl}:在同一晶體結(jié)構(gòu)中,雖然空間位向不同,但是其原子排列的情況完全相同的所有晶面.某一晶體中,一個(gè)晶面表示一組平行的原子分布相同的平面.若兩個(gè)晶面數(shù)字和順序相同,但是符號(hào)(正負(fù)號(hào))相反表示兩組晶面平行.3.六方晶系的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向[uvtw],t=-(u+v)晶面(hkil),i=-(h+k)4.晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的關(guān)系五.晶體的各向異性(原因:原子在不同晶向上的緊密程度不同)多晶體偽等向性六.多晶型性多晶型轉(zhuǎn)變(同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變)立方結(jié)構(gòu)的晶體中,當(dāng)晶向[uvw]平行(位于)晶面(hkl)時(shí),滿足:hu+kv+lw=0當(dāng)晶向[uvw]垂直晶面(hkl)時(shí),滿足:h=u;k=v;l=w

1.3實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷:一些原子偏離規(guī)則排列的不完整區(qū)域.晶體缺陷類型:點(diǎn)缺陷,面缺陷,線缺陷.一.點(diǎn)缺陷(一)空位形成;運(yùn)動(dòng);消失;

作用:擴(kuò)散晶體畸變:(二)間隙原子(三)置換原子二.線缺陷----位錯(cuò)刃型位錯(cuò),螺型位錯(cuò).(一)刃型位錯(cuò)位錯(cuò)線分類:正(負(fù))刃型位錯(cuò)形成:切應(yīng)力滑移面應(yīng)力場(chǎng):刃型位錯(cuò)與間隙(置換)原子的相互作用刃型位錯(cuò)的特征1.刃型位錯(cuò)有一個(gè)額外的半原子面.2.位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變的管道,有正應(yīng)變,也有切應(yīng)變.對(duì)于正刃型位錯(cuò),滑移面上的晶格受壓應(yīng)力,滑移面下的晶格受拉應(yīng)力.3.位錯(cuò)線與晶體滑移的方向相垂直,既位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直于位錯(cuò)線.(二)螺型位錯(cuò)形成:切應(yīng)力分類:左(右)螺型位錯(cuò)右(左)手法則:拇指代表螺旋的前進(jìn)方向,其余四指代表螺旋的旋轉(zhuǎn)方向.螺型位錯(cuò)的位錯(cuò)線平行于晶體滑移方向.螺型位錯(cuò)特征1.螺型位錯(cuò)沒(méi)有額外半原子面.2.螺型位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)的晶格畸變管道,只有切應(yīng)變,無(wú)正應(yīng)變.3.位錯(cuò)線與滑移方向平行,位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的方向與位錯(cuò)線垂直.(三)柏氏失量概念:一個(gè)表示位錯(cuò)性質(zhì),晶格畸變的大小和方向的矢量.確定方法:三個(gè)步驟.柏氏失量確定位錯(cuò)類型位錯(cuò)線方向(習(xí)慣正向):由里向外,由左向右,由下向上.刃位錯(cuò)確定方法:如圖螺位錯(cuò)確定方法:柏氏失量與位錯(cuò)方向相同的為右螺型位錯(cuò),相反者為左螺型.柏氏失量重要特性判斷位錯(cuò)類型。位錯(cuò)線與柏氏失量垂直是刃位錯(cuò)，位錯(cuò)線與柏氏失量平行是螺位錯(cuò)。表示位錯(cuò)區(qū)晶格畸變總量的大小。表示晶體滑移的方向和大小。一個(gè)位錯(cuò)的柏氏失量是恒定的，與柏氏回路的大小和回路在位錯(cuò)線上的位置無(wú)關(guān)。刃型位錯(cuò)線與柏氏失量垂直，它們構(gòu)成的滑移面只有一個(gè)；螺型位錯(cuò)線與柏氏失量平行，它們構(gòu)成的滑移面無(wú)限個(gè)?；旌闲臀诲e(cuò)：當(dāng)柏氏矢量和位錯(cuò)線交成任意角度時(shí)，則位錯(cuò)是刃型和螺型位錯(cuò)的混合型。(四)位錯(cuò)密度

=L/VV:晶體體積;L:晶體中位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度，單位：m-2;三.面缺陷(一)晶體表面：指金屬同外部介質(zhì)相接觸的界面。表面能：表面層產(chǎn)生晶格畸變，使其能量升高，單位面積上升高的能量叫比表面能，簡(jiǎn)稱表面能。影響表面能的因素：外部介質(zhì)，裸露面原子密度，晶體表面的曲率等。(二)晶界：晶體結(jié)構(gòu)相同但位向不同的晶粒間的界面。大角度晶界：位向差大于10度。小角度晶界：位向差小于10度。(三)亞晶界：每個(gè)晶粒內(nèi)，存在位向很小的亞結(jié)構(gòu)，亞結(jié)構(gòu)間的界面叫。。(四)堆垛層錯(cuò)：實(shí)際晶體中，晶面堆跺順序發(fā)生局部差錯(cuò)而產(chǎn)生的晶體缺陷。層錯(cuò)能：堆垛層錯(cuò)破壞了晶體的周期性完整性，引起能量升高，產(chǎn)生單位面積層錯(cuò)所需要的能量叫。(五)相界：具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相間的分界面。共格相界；半共格相界；非共格相界。(六)晶界的特性二.結(jié)晶過(guò)程的微觀過(guò)程結(jié)晶過(guò)程:孕育期-----晶核形成------晶核長(zhǎng)大.問(wèn)題:1.液態(tài)金屬能否在理論結(jié)晶溫度下結(jié)晶??2.過(guò)冷度在金屬結(jié)晶過(guò)程中起什么作用??2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件液固相的自由能差,就是轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力:熱力學(xué)第二定律:在等溫等壓條件下,物質(zhì)系統(tǒng)總是自發(fā)第從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變.當(dāng)T<Tm

時(shí),Gv=LmT/TmTm理論結(jié)晶溫度;Lm熔化潛熱.過(guò)冷度T越大,相變驅(qū)動(dòng)力越大.Gv單位體積自由能變化;Gs固態(tài)金屬自由能;GL

液態(tài)金屬自由能.2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件:結(jié)構(gòu)起伏(相起伏)結(jié)晶:大的過(guò)冷度------尺寸較大的相起伏(晶胚)--------晶核形成------晶核長(zhǎng)大.近程有序:液體中的小范圍內(nèi),存在著緊密接觸規(guī)則排列的原子集團(tuán),但是在大范圍內(nèi)原子卻是無(wú)序排列的.遠(yuǎn)程有序:在晶體中,大范圍內(nèi)的原子呈有序排列.結(jié)構(gòu)起伏(相起伏):在液態(tài)金屬中,近程有序的原子集團(tuán)處于瞬間出現(xiàn),瞬間消失,此起彼伏,變換不定的狀態(tài)中,仿佛在液態(tài)金屬中不斷涌現(xiàn)一些極其微小的固態(tài)結(jié)構(gòu)一樣,這種不斷變化的近程有序原子集團(tuán),叫…2.4晶核的形成一.均勻形核(均質(zhì)形核或自發(fā)形核)自由能變化:既:臨界晶核半徑既:形核方式:均勻形核:液相中各個(gè)區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率相同.

非均勻形核:新相優(yōu)先出現(xiàn)于液相中的某些區(qū)域.(一)形核時(shí)的能量變化

G和臨界晶核半徑rKV:晶胚的體積;S:表面積;GV;液固兩相單位體積自由能差;S:單位面積的表面能.T:過(guò)冷度;Tm理論結(jié)晶溫度;Lm熔化潛熱.

當(dāng)r<rK時(shí),隨晶胚尺寸增大,自由能增加,晶胚瞬間消失,不能變成晶核.當(dāng)r>rK時(shí),隨晶胚尺寸增大,自由能降低,晶胚比較容易形成晶核.當(dāng)r=rK時(shí),晶胚可能消失,也可能長(zhǎng)大形成晶核.過(guò)冷度

T越大,臨界形核半徑rK越小.最大相起伏(晶胚)尺寸rmax越大.當(dāng)

T>TK時(shí),rmax>rK,尺寸較大的晶胚能夠形成晶核.(二)形核功能量起伏:在一定溫度下,系統(tǒng)有一定的自由能,這是指宏觀平均能量.但是在微區(qū)各處的能量此起彼伏,變化不定.微區(qū)能量偏離平衡能量的現(xiàn)象,叫…形核功:形成臨界晶核時(shí),體積自由能的下降只補(bǔ)償了表面能的2/3,還有1/3的表面能需要另外供給,既需要對(duì)形核作功,這部分功叫….形核功與過(guò)冷度的關(guān)系:過(guò)冷度增大,臨界形核功顯著降低,結(jié)晶過(guò)程容易進(jìn)行.晶核形成=過(guò)冷液體中的相起伏+能量起伏(三)形核率形核率的影響因素:形核功;擴(kuò)散.二.非均勻形核(異質(zhì)形核或非自發(fā)形核)(一)臨界晶核半徑和形核功體系自由能變化:臨界晶核半徑:形核功:=0,GK’=0.不需要形核功,液體中的固體相質(zhì)點(diǎn)就是現(xiàn)成的晶核,可以在上面直接結(jié)晶長(zhǎng)大.=180o,GK’=GK.均勻形核與非均勻形核所需要的能量起伏相同.0<<180o,GK’<GK.越小,非均勻形核越容易,需要的過(guò)冷度也越小.(二)形核率1.過(guò)冷度的影響2.固體雜質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響3.固體雜質(zhì)形貌的影響4.過(guò)熱度的影響5.其他因素的影響小節(jié):金屬形核的要點(diǎn)液態(tài)金屬的結(jié)晶必須在過(guò)冷的液體中進(jìn)行,液態(tài)金屬的過(guò)冷度必須大于臨界過(guò)冷度,晶胚尺寸必須大于臨界晶核半徑rK.前者提供形核的驅(qū)動(dòng)力,后者是形核的熱力學(xué)要求.2.rK值大小與晶核的表面能成正比,與過(guò)冷度成反比。過(guò)冷度越大，則rK值越小，形核率越大，但是形核屢有一個(gè)極大值。如果表面能越大，形核所需要的過(guò)冷度也應(yīng)越大，因此，能夠降低表面能的辦法都能夠促進(jìn)形核。均勻形核需要結(jié)構(gòu)起伏，也需要能量起伏，二者都是液體本身存在的自然現(xiàn)象。晶核的形成過(guò)程是原子的擴(kuò)散遷移過(guò)程，因此結(jié)晶必須在一定的溫度下進(jìn)行。在工業(yè)生產(chǎn)中，液體金屬的凝固總是以非均勻形核的方式進(jìn)行的。

2.5晶核長(zhǎng)大一.固液界面的微觀結(jié)構(gòu)(一)光滑界面：顯微尺寸看粗糙，原子尺寸看光滑平整。(二)粗糙界面：顯微尺寸看平整，原子尺寸看界面高低不平。二.晶體長(zhǎng)大機(jī)制(一)二維晶核長(zhǎng)大機(jī)制(二)螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大機(jī)制(三)垂直長(zhǎng)大機(jī)制三.固液界面前沿液體中的溫度梯度(一)正溫度梯度:結(jié)晶潛熱通過(guò)已結(jié)晶的固相和型壁散失(二)負(fù)溫度梯度:結(jié)晶潛熱通過(guò)結(jié)晶的固相和型壁,還有液體散失四.晶體生長(zhǎng)的界面形狀---晶體形態(tài)(一)正溫度梯度下結(jié)晶潛熱通過(guò)已結(jié)晶的固相和型壁散失,相界面向液相中的推移速度受散熱速率的控制.

液固界面基本呈平直狀.光滑界面:小晶面互成一定角度,呈鋸齒狀.粗糙界面:平行于等溫面的平直界面.(二)負(fù)溫度梯度下晶界的移動(dòng)不受已結(jié)晶的固相和型壁的散熱控制.樹(shù)枝晶:液態(tài)金屬在結(jié)晶中各個(gè)方向上發(fā)展不同,而形成的樹(shù)枝狀晶體.等軸晶:如果枝晶在三維空間得到均衡發(fā)展,各個(gè)方向上的一次軸近似相等,這樣形成的晶粒,叫.柱狀晶:如果枝晶在一個(gè)方向上的一次軸長(zhǎng)得很長(zhǎng),而在其他方向上受到阻礙,而形成的細(xì)長(zhǎng)晶粒.五.長(zhǎng)大速度長(zhǎng)大速度與過(guò)冷度關(guān)系非金屬當(dāng)過(guò)冷度小時(shí)，液固兩相自由能差小，結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力小，晶體的長(zhǎng)大速度小。當(dāng)過(guò)冷度大時(shí)，溫度過(guò)低，原子的擴(kuò)散困難，晶體的長(zhǎng)大速度小。金屬結(jié)晶溫度高，形核與長(zhǎng)大都快，它的過(guò)冷能力小，所以未到過(guò)冷到較低溫度時(shí)，結(jié)晶已經(jīng)結(jié)束了。六.晶粒大小的控制

晶粒度：晶粒的大小，通常用晶粒的平均面積或直徑表示。晶粒大小的影響因素：形核率和長(zhǎng)大速度。晶粒的大小取決于形核率N與長(zhǎng)大速度G的比值，N/G。

工業(yè)中細(xì)化晶粒的方法控制過(guò)冷度：在一定范圍內(nèi)，過(guò)冷度越大，N/G越大，晶粒越細(xì)。變質(zhì)處理：在澆鑄前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促進(jìn)形成大量的非均勻晶核來(lái)細(xì)化晶粒。振動(dòng)和攪拌：相：合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開(kāi)的組成部分。分類:固溶體：合金的組元間以不同的比例相互混合，混合后形成的晶體結(jié)構(gòu)與某一組元的晶體結(jié)構(gòu)相同，這種相就是固溶體，這種組元叫溶劑，其他的組元叫溶質(zhì)。金屬化合物：在合金系中，組元間發(fā)生相互作用，形成一種具有金屬性質(zhì)的新相。它具有獨(dú)立的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，與各個(gè)組元的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都不同。影響相結(jié)構(gòu)的因素:負(fù)電性,原子尺寸,電子濃度.3.1合金中的相3.2合金的相結(jié)構(gòu)一。固溶體分類：位置：置換，間隙。固溶度：有限固溶，無(wú)限固溶。相對(duì)分布：無(wú)序，有序。結(jié)構(gòu)：晶格畸變、偏聚與有序性能:強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性差。二。金屬化合物（中間相）分類：

1.正價(jià)化合物、

2.電子化合物、

3.間隙相（rx/rm<0.59）和間隙化合物（rx/rm>0.59

）。三。間隙相與間隙固溶體區(qū)別間隙相是一種化合物，它具有與其他組元完全不同的晶體結(jié)構(gòu)；而間隙固溶體仍保持著溶劑組元的晶格類型。3.3二元合金相圖的建立一.二元相圖的表示方法二.二元相圖的測(cè)定方法三.相律和杠桿定律(一)杠桿定律:WL/Wa=rb/ar(二)相律:f=c-p+2C:系統(tǒng)的組元數(shù);P:平衡條件下系統(tǒng)的相數(shù);f:自由度數(shù);常數(shù)2代表:溫度和壓力.當(dāng)壓力為常數(shù)時(shí):f=c-p+1C:系統(tǒng)的組元數(shù);P:平衡條件下系統(tǒng)的相數(shù);f:自由度數(shù).（三）相律的應(yīng)用：確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù).單元系:C=1,當(dāng)f=0時(shí),P=1-0+1=2,說(shuō)明同時(shí)共存的相最多兩個(gè).二元系:C=2,當(dāng)f=0時(shí),P=2-0+1=3,說(shuō)明同時(shí)共存的相最多三個(gè).解釋純金屬與二元合金結(jié)晶時(shí)的一些差別單元系:C=1,p=2時(shí),f=0,說(shuō)明純金屬結(jié)晶時(shí)只能在恒溫下.二元系:C=2,P=2時(shí),f=1,說(shuō)明二元合金在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行;當(dāng)三相共存(P=3)時(shí),f=0,說(shuō)明結(jié)晶只能在各個(gè)因素完全不變的條件下進(jìn)行.3.4勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶一.相圖分析勻晶相圖:兩組元在液相和固相都無(wú)限互溶的二元合金所形成的相圖.在t1-t3間:f=c-p+1=2-2+1=1二.固溶體合金的平衡結(jié)晶過(guò)程概念:平衡結(jié)晶:合金在極其緩慢的冷卻條件下進(jìn)行結(jié)晶的過(guò)程.成分起伏:雖然液態(tài)合金在宏觀上成分平均,但是在微觀上,由于原子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,在任一瞬間,液相中總有些微小體積可能偏離液相的平均成分,這些微小的體積的成分、大小、位置都是在不斷地變化的。異分結(jié)晶（選擇結(jié)晶）：結(jié)晶的晶體同液態(tài)母相化學(xué)成分不同的結(jié)晶。同分結(jié)晶：結(jié)晶的晶體同液態(tài)母相化學(xué)成分完全相同的結(jié)晶。固溶體形核的條件：結(jié)構(gòu)起伏，能量起伏，成分起伏。固溶體結(jié)晶特點(diǎn)異分結(jié)晶平衡分配系數(shù)：k0=C

/CLC

、CL為固相和液相的平衡濃度。

K0的大小反映了溶質(zhì)組元重新分配的強(qiáng)弱程度。需要一定溫度范圍（下頁(yè)）固溶體的結(jié)晶過(guò)程

固溶體晶核的形成（或原晶體的長(zhǎng)大）造成相內(nèi)（液相或固相）的濃度梯度，從而引起相內(nèi)的擴(kuò)散過(guò)程，這就破壞了相界面處的平衡，因此晶體必須長(zhǎng)大，才能使相界面處重新達(dá)到平衡。固溶體晶體的長(zhǎng)大過(guò)程：平衡---不平衡---平衡---不平衡。三.固溶體合金的不平衡結(jié)晶過(guò)程不平衡結(jié)晶：偏離平衡結(jié)晶條件的結(jié)晶。晶內(nèi)偏析(枝晶偏析)：在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，叫晶內(nèi)偏析。由于固體晶體通常呈樹(shù)枝狀，使樹(shù)干和樹(shù)枝間的化學(xué)成分不同，所以又叫枝晶偏析。假設(shè)：液體內(nèi)充分混合，而固相內(nèi)沒(méi)有擴(kuò)散。偏析的大小與k0有關(guān)。偏析的最大值(液固相線間的水平距離)：C0-C0=C0-C0K0=C0

（1-K0

）影響偏析的因素：溶質(zhì)擴(kuò)散能力，冷卻速度。消除偏析的方法:均勻化退火(低于固相線100-200C,長(zhǎng)時(shí)間保溫).四.區(qū)域偏析和區(qū)域提純(一)區(qū)域偏析：固溶體合金不平衡結(jié)晶中造成的大范圍內(nèi)化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。區(qū)域偏析的形成情況1。假定：液體內(nèi)化學(xué)成分充分混合（靠擴(kuò)散、對(duì)流和攪拌），而固相內(nèi)無(wú)擴(kuò)散。情況2。假定：液體內(nèi)溶質(zhì)原子僅靠擴(kuò)散混合（無(wú)對(duì)流和攪拌）固相內(nèi)無(wú)擴(kuò)散。情況3。實(shí)際不平衡結(jié)晶如曲線d.(二)區(qū)域提純五.成分過(guò)冷及其對(duì)晶體成長(zhǎng)形狀和鑄錠組織的影響思考問(wèn)題：固溶體的晶體生長(zhǎng)形態(tài)是什么樣？？（固液界面前液體分別在正、負(fù)溫度梯度下）(一)形成成分過(guò)冷的條件及其影響因素成分過(guò)冷：固溶體合金在結(jié)晶時(shí)，溶質(zhì)組元重新分布，在固液界面處形成溶質(zhì)的濃度梯度，產(chǎn)生一個(gè)過(guò)冷區(qū)，由于這個(gè)過(guò)冷度是由液相中成分的變化引起的，所以叫。。。1。純金屬固液界面的溫度梯度對(duì)結(jié)晶形狀的影響平面生長(zhǎng)樹(shù)枝狀生長(zhǎng)(二)固溶體合金的成分過(guò)冷對(duì)晶體生長(zhǎng)形狀的影響2。固溶體合金的成分過(guò)冷對(duì)晶體生長(zhǎng)形狀的影響G1:平面生長(zhǎng)G2:生長(zhǎng)方式G3:樹(shù)枝生長(zhǎng)3.5共晶相圖及合金的結(jié)晶概念:共晶相圖：共晶轉(zhuǎn)變：由一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)固相的過(guò)程。一.相圖分析MF、NG固溶度曲線；AE、BE液相線；AMNB固相線；三個(gè)單相區(qū)；三個(gè)兩相區(qū)；一個(gè)三相共存區(qū)MEN。共晶轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）：LE

M+N共晶線MEN；共晶點(diǎn)E；共晶溫度；共晶合金；過(guò)共晶合金；亞共晶合金。二.典型合金的平衡結(jié)晶極其組織合金ILL++IIw=100%xF4/FGW=100%x4G/FG脫溶過(guò)程(二次結(jié)晶);二次相.共晶合金(合金II)共晶轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）：LE

M+NwM=100%xME/MNWN=100%xEN/MNL--------

+------(

+)

+(II+II)通常下：(II+II)省略。所以組織：

+共晶組織的生長(zhǎng)方式:片層狀生長(zhǎng)亞共晶合金(合金III)L------L+

------

+(

+)------

+(

+)+II先共晶相和剩余液體質(zhì)量比:W

=100%xE2/MEWL=100%xM2/ME過(guò)共晶合金(合金IV)L------L+

------

+(

+)------+(

+)+II不同合金的組織組成物2點(diǎn):先共晶相和共晶組織含量:w

=100%x2E/MEW+=100%x2M/ME

相組成物的含量:W

=100%x2N/MNw

=100%xM2/MN三.非平衡結(jié)晶極其組織(一)偽共晶在不平衡結(jié)晶條件下,成分在共晶點(diǎn)附近的亞(過(guò))共晶合金,也能得到全部共晶組織,這種非共晶成分的合金所得到的共晶組織,叫偽共晶.

偽共晶區(qū)的形狀決定于共晶相中兩個(gè)單相單獨(dú)生長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)大速度和過(guò)冷度的關(guān)系.

如果兩個(gè)相的長(zhǎng)大速度和過(guò)冷度的關(guān)系相差懸殊,其中一個(gè)相的長(zhǎng)大速度隨過(guò)冷度的增加下降很快,次相的生長(zhǎng)會(huì)被抑制,使偽共晶區(qū)歪斜地偏向該相邊.結(jié)果共晶成分合金結(jié)晶出亞(過(guò))共晶組織.離異共晶在先共晶相數(shù)量較多而共晶組織較少情況下,有時(shí)共晶組織中與先共晶相相同的那一相,會(huì)依附于先共晶相上生長(zhǎng),剩下的另一相則單獨(dú)存在于相界處,從而使共晶組織的特征消失,這種兩相分離的共晶叫…離異共晶會(huì)給合金性能帶來(lái)不良影響.對(duì)不平衡組織可用均勻化退火消除.四.比重偏析和區(qū)域偏析包晶相圖及其合金的結(jié)晶包晶相圖包晶反應(yīng)（轉(zhuǎn)變）一.相圖分析PE\DF固溶度曲線；ACB液相線；APDB固相線；三個(gè)單相區(qū)；三個(gè)兩相區(qū)；一個(gè)三相(L、、）共存區(qū)PDC。包晶反應(yīng)（轉(zhuǎn)變）：Lc+

p

D包晶點(diǎn)D，包晶溫度tD，包晶線PDC。二.典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程及組織(一).合金I結(jié)晶過(guò)程:L----L+--------------+IID點(diǎn):WL=100%xPD/PCW

=100%xDC/PC包晶反應(yīng)(二).合金II結(jié)晶過(guò)程:L----L+----------+----++II+II包晶反應(yīng)2點(diǎn):WL=100%xPH/PCW

=100%xHC/PC(二).合金III結(jié)晶過(guò)程:L----L+----------+L----------+II包晶反應(yīng)2點(diǎn):WL=100%x2D/DCW

=100%x2C/DC三.不平衡結(jié)晶及組織包晶偏析:包晶轉(zhuǎn)變的不平衡組織可用長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散退火消除.四.包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用在軸承合金中細(xì)化晶粒作用3.7二元相圖的分析和使用一.相圖分析步驟(1).看是否存在穩(wěn)定化合物,將相圖分解.(2).確定單相區(qū)、兩相區(qū)和三相區(qū)。(3).確定三相平衡轉(zhuǎn)變性質(zhì).(4).綜合分析結(jié)晶過(guò)程和組織.例如:I包晶反應(yīng):L+

II包晶反應(yīng):L+III包晶反應(yīng):L+IV共析反應(yīng):+V共析反應(yīng):+VI共析反應(yīng):+VII共析反應(yīng):+VIII包析反應(yīng):+IX包析反應(yīng):+X熔晶反應(yīng):+LXI共晶反應(yīng):L+(二)鐵素體和奧氏體鐵素體:碳溶于鐵中的間隙固溶體,為BCC結(jié)構(gòu),表示:F或.奧氏體:碳溶于鐵中的間隙固溶體,為FCC結(jié)構(gòu),表示:A或.(三)純鐵的性能與應(yīng)用塑性和韌性好,強(qiáng)度低.二.滲碳體鐵和碳的間隙化合物Fe3C,含碳量6.69%.表示Cm.正交晶系.硬度很高,塑性和差.4.2Fe-Fe3C相圖分析

一.相圖中的點(diǎn)線區(qū)的意義符號(hào)國(guó)際通用,不能隨便改變.液相線ABCD,固相線AHJECF.五個(gè)單相區(qū):液相區(qū)(L),固相區(qū)(

),奧氏體區(qū)(A或),鐵素體區(qū)(F或),滲碳體區(qū)(Fe3C).七個(gè)兩相區(qū):L+,L+,L+Fe3C,+,+,+Fe3C,+Fe3C.兩條磁性轉(zhuǎn)變線:

MO(鐵素體轉(zhuǎn)變),230oC(滲碳體轉(zhuǎn)變).三條水平線:HJB包晶轉(zhuǎn)變線,ECF共晶轉(zhuǎn)變線,PSK共析轉(zhuǎn)變線.二.包晶轉(zhuǎn)變(HJB線)1495oC,液相(LB)+鐵色體(

H)

奧氏體(

J)三.共晶轉(zhuǎn)變(ECF水平線)1148oC,液相(LC)奧氏體(

E)+滲碳體區(qū)(Fe3C)

萊氏體:奧氏體+滲碳體區(qū)的混合物.塑性差.四.共析轉(zhuǎn)變(PSK水平線)727oC,奧氏體(

s)鐵素體(p)+滲碳體(Fe3C)

珠光體:共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物.用符號(hào)P表示.

共析溫度:A1表示珠光體中鐵素體和滲碳體體的含量:WF=SK/PKWFe3C=100%-WF五.三條重要的特性曲線(一)GS線(A3線)冷卻中,由奧氏體析出鐵素體的開(kāi)始線.或加熱中,鐵素體溶入奧氏體的終了線.(二)ES線(ACm)碳在奧氏體中的溶解度曲線.二次滲碳體.(三)PQ線碳在鐵素體中的溶解度曲線.三次滲碳體.4.3鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程及組織分類:(按有無(wú)共晶轉(zhuǎn)變)碳鋼(Wc<2.11%)鑄鐵(Wc>2.11%)工業(yè)純鐵(Wc<0.0218%)七種類型:(根據(jù)組織,按含碳量分類)工業(yè)純鐵(Wc<0.0218%)共析鋼(Wc=0.77%)亞共析鋼(Wc=0.0218-0.77%)過(guò)共析鋼(Wc=0.77-2.11%)共晶白口鐵(Wc=4.3%)亞共晶白口鐵(Wc=2.11-4.3%)過(guò)共晶白口鐵(Wc=4.3-6.69%)各種類型合金平衡結(jié)晶過(guò)程冷卻曲線一.Wc=0.01%的工業(yè)純鐵L---L+-------+(奧氏體)------+(鐵素體)------+Fe3CIII(三次滲碳體區(qū))二.共析鋼L---L+(奧氏體)------------------(鐵素體)+Fe3C(共析滲碳體)–

+Fe3C+Fe3CIII(三次滲碳體區(qū))省略Fe3CIII,最終組織:+Fe3C(既:P(珠光體))共析反應(yīng)共析反應(yīng):727oC,

0.77--------0.0218+Fe3C(P珠光體)W0.0218=(6.69-0.77)/(6.69-0.218)=88%WFe3C=1-88%=12%P(珠光體):鐵素體()+滲碳體(Fe3C)三.亞共析鋼(Wc=0.40%)L---L+-------------L+(奧氏體)------+(鐵素體)--------------+P(珠光體)-----+P+Fe3CIII(三次滲碳體)省略Fe3CIII,最終組織:(鐵素體)+P(珠光體)包晶反應(yīng)共析反應(yīng)包晶反應(yīng):L+-(奧氏體)共析反應(yīng)后的與P含量:WP=5P/SPW

=S5/SP四.過(guò)共析鋼(Wc=1.2%)L---L+(奧氏體)------+Fe3CII(二次滲碳體)----P(珠光體)+Fe3CII(二次滲碳體)共析反應(yīng)后的Fe3CII與P含量:WP=4V/SVWFe3CII=4S/SV五.共晶白口鐵(Wc=4.3%)L---------------

E(奧氏體)+Fe3C(共晶滲碳體)--------------P(珠光體)+Fe3C(共晶滲碳體)+Fe3CII(二次滲碳體)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)共晶反應(yīng):LC

E(奧氏體)+Fe3C(共晶滲碳體)共析反應(yīng):(奧氏體)P(珠光體)P(珠光體):(鐵素體)+Fe3C(滲碳體)Ld(萊氏體):(共晶奧氏體)+Fe3C(共晶滲碳體)Ld’(低溫萊氏體或變態(tài)萊氏體):P(珠光體)+Fe3C(共晶滲碳體)+Fe3CII(二次滲碳體)L--------Ld(萊氏體)------------Ld’(低溫萊氏體或變態(tài)萊氏體)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)六.亞共晶白口鐵(Wc=3.0%)L---L+(初晶奧氏體)-----------(初晶奧氏體)+Ld(萊氏體)–-----(初晶奧氏體)+Ld(萊氏體)+Fe3CII(二次滲碳體)-----------------P(珠光體)+Ld’(低溫萊氏體）+Fe3CII(二次滲碳體)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)共晶反應(yīng)后,該鑄鐵中組織組成物中，初晶奧氏體含量：W

=（4.3-3.0)/(4.3-2.11)=59.4%萊氏體含量:WLd=(3.0-2.11)/(4.3-2.11)=40.6%七.過(guò)共晶白口鐵(Wc=5.0%)L---L+Fe3CI(一次滲碳體)---------------Ld(萊氏體)+Fe3CI(一次滲碳體)–-------------Ld’(低溫萊氏體）+Fe3CI(一次滲碳體)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)

易混淆的概念重結(jié)晶：在固態(tài)下的相變結(jié)晶過(guò)程。Fe3CI(一次滲碳體)：從液相中結(jié)晶出的先共晶滲碳體。Fe3CII(二次滲碳體)：從奧氏體中析出的次生的滲碳體。Fe3CIII(三次滲碳體)：從鐵素體中析出的滲碳體。4.4含碳量對(duì)鐵彈合金平衡組織和性能的影響一.對(duì)平衡組織的影響相組成物:L、、、、Fe3C組織組成物：L、、、、P、Ld、Ld’Fe3CI

、Fe3CII、Fe3CIII、成分變化相變化組織變化二.在成分三角形中具有特定意義的直線平行于三角形某一邊的直線:B組元含量不變.通過(guò)三角形任一頂點(diǎn)的直線:A,C組元含量比一定.WA/Wc=Ba1/Bc1=Ba2/Bc2=Ba/Bc=EC/AEBCA5.2

三元系平衡相的定量法則

問(wèn)題:如果將兩個(gè)已知成分的合金熔配到一起,那么,所得到的新的合金的成分是多少?一.直線法則和杠桿定律直線法則(共線法則):三元合金在兩相平衡時(shí),合金的成分點(diǎn)和兩個(gè)平衡相的成分點(diǎn),必須在同一條直線上.利用直線法則和杠桿定律可以計(jì)算三元合金中兩相平衡時(shí)相對(duì)的含量.

如圖所示:W

/W

=Ob/Oa舉例:已知：合金P、Q成分分別為：P：WA=60%，WB=20%，WC=20%；Q：WA=20%，WB=40%，WC=40%；P合金質(zhì)量占新合金R的75%。解答：RQ/PQ=75%RQ/PQ=R1/Q1R1/Q1=（R1C-20）/（60-20）=0。75R1C=50%同理：R2A=25%R合金成分：WA=50%，WB=25%，WC=25%；問(wèn)題:如果將三個(gè)已知成分的合金熔配到一起,那么,所得到的新的合金的成分是多少?二.重心法則

如圖:將由N成分的合金分解為、、三個(gè)相,其成分點(diǎn)分別為D、E、F,則合金N的成分必定位于三個(gè)兩相平衡的連接線所組成的三角形DEF的重心位置上，而合金的質(zhì)量和三個(gè)相的質(zhì)量有以下關(guān)系：

WNNd=W

DdWNNe

=W

EeWNNf=W

Ff其中，分別代表N合金和、、相的質(zhì)量，這就是三元合金的重心法則。根據(jù)上式可以求出各相的含量：

W

=Nd/DdW

=Ne/EeW

=Nf/Ff()()()5.3三元?jiǎng)蚓鄨D概念：三個(gè)組元在液態(tài)和固態(tài)都無(wú)限溶解的相圖。一.相圖分析溫度軸,A、B、C熔點(diǎn),液相面,固相面,單相區(qū),兩相區(qū).二.三元固溶體合金的結(jié)晶過(guò)程合金結(jié)晶的蝴蝶形規(guī)律.注意:在同一溫度下,盡管三元合金的液相和固相成分的連接線是條水平線,但是,液相和固相成分的變化軌跡不在同一個(gè)平面上.三.等溫截面(水平截面):在某一溫度下的狀態(tài).單相區(qū),兩相區(qū),液(固)相等溫線(或者稱:液(固)相線).合金O在t1溫度下的固相

和液相L和含量為:W=nO/mn;WL=mO/mn.四.變溫截面(垂直截面):在不同溫度下的狀態(tài)下的組織變化情況.

兩種變溫截面;單相區(qū),兩相區(qū),液(固)相線;凝固過(guò)程.變溫截面同二元相圖的區(qū)別:根據(jù)三元固溶體合金結(jié)晶時(shí)的蝴蝶形規(guī)律,在兩相平衡時(shí),平衡相的成分點(diǎn)不是落在一個(gè)垂直面上.因此,變溫截面的液(固)相線不能表示平衡相的成分,不能應(yīng)用杠桿定律計(jì)算相的相對(duì)含量.五.投影圖5.4三元共晶相圖一.組元在固態(tài)完全不溶的共晶相圖(一).相圖分析液相面（3個(gè)）；固相面（1個(gè)）；二元共晶點(diǎn)(線3條）；二元共晶面（6個(gè)）；三元共晶點(diǎn)(面1個(gè)).三個(gè)液相面、六個(gè)二元功晶面、一個(gè)三元共晶面將相圖分成九個(gè)相區(qū)：液相區(qū)：L兩相區(qū)：（L+A、L+B、L+C）三相區(qū)：（L+A+B、L+B+C、L+C+A）三相區(qū)：（A+B+C）四相區(qū)：（L+A+B+C）（二）等溫截面(三)變溫截面2.O點(diǎn)結(jié)晶過(guò)程:L----L+A----------L+A+(A+C)-----------A+(A+C)+(A+B+C)二元共晶三元共晶1.變溫截面分析通過(guò)成分三角形頂點(diǎn)的變溫截面(四)投影圖1.投影圖分析2.合金O結(jié)晶過(guò)程L----L+A------------L+A+(A+B)---------------A+(A+B)+(A+B+C)二元共晶三元共晶3.合金O在室溫下的相和組織含量相含量:WA=Oa1/Aa1WB=Ob1/Bb1WC=Oc1/Cc1組織組成物含量:M點(diǎn)時(shí),初晶A的含量:WA=Om/Am三元共晶組織的含量:WA+B+C=Og/Eg二元共晶組織的含量:WA+B=1-(Om/Am)-(Og/Eg)各個(gè)區(qū)域平衡結(jié)晶后的組織二.組元在固態(tài)有限溶解,具有共晶轉(zhuǎn)變的相圖(一)相圖分析1.液相面（3個(gè)）2.固相面3個(gè)固溶體相區(qū)的固相面1個(gè)三元共晶面3個(gè)二元共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束面3.二元共晶區(qū)(3個(gè))4.溶解度曲面（6個(gè)）

和兩個(gè)溶解度曲面:a點(diǎn):組元B和C在相

中最大溶解度.ao點(diǎn):組元B和C室溫時(shí)在相

中最大溶解度.注意:aao

、bbo、cco為溶解度曲面的交線,

也是

、、三相的成分變溫線(單變量曲線).5.相區(qū)4個(gè)單相區(qū):6個(gè)兩相區(qū):4個(gè)三相區(qū):1個(gè)四相區(qū):(二)等溫截面二元相圖中的相區(qū)接觸法則對(duì)三元相圖也適用.(三)變溫截面三元共晶的典型特征(a)截到四相平衡平面:

水平線上：3個(gè)三相平衡區(qū)；水平線下：一個(gè)三相平衡區(qū)。(b)截到三相共晶轉(zhuǎn)變的開(kāi)始面和結(jié)束面:

頂點(diǎn)朝上的曲邊三角形。(四)投影圖區(qū)域劃分:三元共晶投影圖特征:

液態(tài)單變量線走向從高溫到低溫.VI區(qū)合金結(jié)晶過(guò)程:L----L+-----L++(+)--------L++(+)+(++)---L++(+)+(++)+II+II+II5.5三元相圖總結(jié)一.三元系的兩相平衡二.三元系的三相平衡等溫截面變溫截面三相平衡反應(yīng)形式判定方法三.三元系的四相平衡四相平衡反應(yīng)的類型:三元共晶:L++包共晶:L++三元包晶:L++說(shuō)明:四相平衡是由四個(gè)成分點(diǎn)構(gòu)成的等溫面,四個(gè)成分點(diǎn)既四個(gè)相的成分.四相平衡中,任何兩個(gè)相(任何三個(gè)相)也必然平衡.四相平衡平面與三相區(qū)的鄰接關(guān)系根據(jù)變溫截面判斷四相反應(yīng)類型注意:如果垂直截面不能同時(shí)與四個(gè)三相區(qū)相截,則不能用上面方法.根據(jù)單變量線的位置和溫度走向判斷四相反應(yīng)類型根據(jù)液相單變量溫度走向判斷四相反應(yīng)類型例子P1:包共晶反應(yīng):L+Ni3Al+;P2:包共晶反應(yīng):L++;P3,P4,P5都是包共晶反應(yīng)(略)Pr包晶反應(yīng):L++Ni2Al3Y5.6三元合金相圖應(yīng)用舉例一.Fe-C-Si三元系變溫截面二.Fe-C-Cr三元系等溫截面(一)O點(diǎn)合金(二)C點(diǎn)合金(三)o’點(diǎn)平衡相含量計(jì)算:Wr=o’P/CPWc1=(1-Wr)AP/ABWc2=(1-Wr)BP/AB三.Al-Cu-Mg三元系液相面投影圖四相平衡反應(yīng)L++S(ET)L+QS+T(P1)L+S+T(P2)L+T+(Eu)習(xí)題二.熱處理與相圖能進(jìn)行熱處理的合金的條件:具有固態(tài)相變.

幾條重要的曲線熱處理中重要的因素:溫度,時(shí)間,速度.三.固態(tài)相變的特點(diǎn)(一)相變阻力大(二)新相和母相間有一定的晶體學(xué)位向關(guān)系.慣習(xí)面慣習(xí)方向慣習(xí)現(xiàn)象(三)母相缺陷對(duì)相變起促進(jìn)作用(四)容易出現(xiàn)過(guò)度相上述的原因:固態(tài)轉(zhuǎn)變一方面力求使自由能盡可能降低;另一方面又力求沿著阻力最小,

做功最小的途徑進(jìn)行.四.固態(tài)相變的類型擴(kuò)散型相變非擴(kuò)散型相變半擴(kuò)散型相變7.2鋼在加熱過(guò)程時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體化:共析鋼奧氏體的形成過(guò)程當(dāng)溫度高于AC1時(shí),珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體:(一)奧氏體的形核(二)奧氏體的長(zhǎng)大(三)剩余滲碳體的溶解(四)奧氏體成分均勻化亞(過(guò))共析鋼的加熱溫度要超過(guò)AC3和ACM并保溫足夠的時(shí)間后,才能獲得單相奧氏體.二.影響奧氏體形成速度的因素(一)加熱溫度和保溫時(shí)間孕育期:

加熱速度越快(V2),孕育期越短,奧氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變的溫度和轉(zhuǎn)變終了的溫度越高.(二)原始組織的影響(三)化學(xué)成分的影響1.碳碳含量的提高奧氏體形成速度加快.2.合金元素影響碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度.改變鋼的臨界點(diǎn)和碳在奧氏體中的溶解度.合金元素的均勻化.三.奧氏體晶粒大小及其影響因素奧氏體對(duì)冷卻后的鋼的組織和性能影響很大.(一)奧氏體晶粒度表示方法:單位面積內(nèi)晶粒的數(shù)目或每個(gè)晶粒的平均面積(直徑)描述.三個(gè)概念:起始晶粒度本質(zhì)晶粒度實(shí)際晶粒度(二)影響奧氏體晶粒大小的因素奧氏體晶粒長(zhǎng)大,晶界的遷移,本質(zhì)是原子在晶界的擴(kuò)散.1.加熱溫度和保溫時(shí)間2.加熱速度的影響3.鋼的化學(xué)成分的影響4.鋼的原始組織的影響一般,原始組織越細(xì)小,碳化物彌散度越大,則奧氏體晶粒越小.7.3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變兩種冷卻方式:連續(xù)冷卻,等溫冷卻.

過(guò)冷奧氏體:臨界溫度以下,不穩(wěn)定的奧氏體.過(guò)冷奧氏體的分解:是個(gè)點(diǎn)陣重構(gòu)和碳的擴(kuò)散過(guò)程.不同冷速下的組織:緩冷:珠光體(P)較快冷:貝氏體(B)快冷:馬氏體(M)

過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線(共析鋼):TTT圖轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)間轉(zhuǎn)變終了時(shí)間過(guò)冷奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體正在轉(zhuǎn)變區(qū)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了區(qū)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)(擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)(半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)(非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變)C-曲線特點(diǎn)及其原因C-曲線鼻子處:過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定.轉(zhuǎn)變速度最快.過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變速度與形核率和生長(zhǎng)速度相關(guān),而形核率和生長(zhǎng)速度受控制于過(guò)冷度.過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(共析鋼):CCT圖虛線:TTT曲線實(shí)線:CCT曲線鋼種:共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程====無(wú)數(shù)個(gè)溫差很小的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程Vc’和Vc是不同產(chǎn)物的分界線.Vc:上臨界冷卻速度或臨界淬火速度.Vc’:下臨界冷卻速度.CCT曲線:過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終止線有F析出區(qū)和B轉(zhuǎn)變區(qū).數(shù)字的意義:例如:以V2速度冷卻有先共析滲碳體,無(wú)B轉(zhuǎn)變區(qū).CCT曲線的作用獲得真實(shí)的臨界淬火速度.是制定正確的冷卻規(guī)范的依據(jù).估計(jì)淬火后鋼件的組織和性能.三.影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素過(guò)冷奧氏體越穩(wěn)定,孕育期越長(zhǎng),轉(zhuǎn)變速度越慢,C-曲線右移.(一)奧氏體成分的影響含碳量合金元素(二)奧氏體狀態(tài)的影響加熱速度越快,保溫時(shí)間越短,奧氏體晶粒越小,成分越不均勻,未溶的第二相越多,則等溫轉(zhuǎn)變速度越快,C-曲線左移.(三)應(yīng)力和塑性變形的影響三種典型的轉(zhuǎn)變珠光體(P)轉(zhuǎn)變:馬氏體(M)轉(zhuǎn)變:貝氏體(B)轉(zhuǎn)變:轉(zhuǎn)變特點(diǎn)見(jiàn)下頁(yè)組織組織組成物形貌分類性能形成條件形成機(jī)制轉(zhuǎn)變特點(diǎn)珠光體(P)鐵素體(

)F+滲碳體(Fe3C)片層狀;(粒狀是片層狀球化來(lái)的)珠光體;索氏體;屈氏體;(由片間距決定)性能由片間距決定緩冷擴(kuò)散馬氏體(M)碳在

-Fe中的過(guò)飽和固溶體.板條狀;片狀;板條(位錯(cuò))馬氏體;片狀(孿晶)馬氏體;高硬度;高強(qiáng)度;快冷非擴(kuò)散(切變)無(wú)擴(kuò)散.切變共格.轉(zhuǎn)變有共格和慣習(xí)面.在一定溫度范圍內(nèi).轉(zhuǎn)變可逆.貝氏體(B)碳的過(guò)飽和鐵素體(

)F+碳化物(FeXC)羽毛狀;針狀;粒狀;上貝氏體;下貝氏體;粒狀貝氏體;強(qiáng)度高+韌性好(下B)較快冷半擴(kuò)散(切變+擴(kuò)散)形核與長(zhǎng)大.鐵素體切變產(chǎn)生.碳化物分布隨溫度.魏氏體組織7.4鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變

回火:將淬火鋼加熱到低于臨界點(diǎn)A1的某一溫度,

保溫并以適當(dāng)?shù)睦鋮s方式冷到室溫的熱處理方法.

回火目的:淬火鋼的組織主要是馬氏體和殘余奧氏體,

它們?cè)谑覝叵聻閬喎€(wěn)態(tài),因此必須通過(guò)回火,減少或者消除內(nèi)應(yīng)力,防止開(kāi)裂,并獲得穩(wěn)定的組織和性能.回火過(guò)程中組織的變化馬氏體中碳的偏聚.馬氏體分解.殘余奧氏體的分解.碳化物的轉(zhuǎn)變.滲碳體的聚集長(zhǎng)大和

相的再結(jié)晶.回火后的組織回火馬氏體(低溫)回火屈氏體(中溫)回火索氏體(高溫)3.固態(tài)金屬原子的遷移過(guò)程原子熱振動(dòng)能量起伏克服勢(shì)壘Q原子躍遷原子激活激活能:原子克服勢(shì)壘所必須的能量.原子躍遷的方向原子的醉步:擴(kuò)散原子的隨機(jī)躍遷過(guò)程二.擴(kuò)散機(jī)理(一).間隙擴(kuò)散機(jī)理固溶體中的間隙擴(kuò)散方式間隙固溶體中置換固溶體擠列式(b)頂替式(a)擴(kuò)散的條件:+一定的晶體結(jié)構(gòu)熱振動(dòng)間隙固溶體中絕大部分都空著.(二).換位擴(kuò)散機(jī)理直接換位擴(kuò)散機(jī)制環(huán)形換位擴(kuò)散機(jī)制(三).空位擴(kuò)散機(jī)理空位增多溫度提高原子偏離平衡位置原子熱振動(dòng)加劇形成空位勢(shì)能增高原子躍遷到空位的勢(shì)壘降低原子熱振動(dòng)銅的激活能計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較結(jié)論:空位擴(kuò)散機(jī)理在固態(tài)金屬擴(kuò)散時(shí)可能性最大.三.固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件問(wèn)題:溶質(zhì)原子一般由高濃度向低濃度的方向擴(kuò)散,濃度差是擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力嗎?溶質(zhì)原子是否可以由低濃度向高濃度的方向擴(kuò)散?擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是什么呢?回答:擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)位差.組元原子總是自發(fā)的從化學(xué)位高的地方向化學(xué)位低的地方遷移(擴(kuò)散).當(dāng)溶質(zhì)原子的濃度梯度同化學(xué)位梯度一致時(shí),溶質(zhì)原子就會(huì)從高濃度的地方向低濃度地方(遷移)擴(kuò)散.反之,則向由低濃度的地方向高濃度地方(遷移)擴(kuò)散.最終目的:降低系統(tǒng)的自由能.問(wèn)題舉例:見(jiàn)下頁(yè).(一)溫度足夠高.(二)時(shí)間足夠長(zhǎng).(三)擴(kuò)散原子要固溶.(四)擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力.舉例說(shuō)明

含碳量相近的碳鋼(Wc=0.441%)和硅鋼(Wc=0.487%,Wsi=3.80%)對(duì)焊在一起,

在1050oC13小時(shí)后,硅鋼側(cè)碳濃度降低,碳鋼側(cè)碳濃度上升.原因是硅提高了碳的化學(xué)位,所以碳原子從有硅的側(cè)向無(wú)硅的側(cè)擴(kuò)散,以求降低化學(xué)位.

其他引起擴(kuò)散的因素:溫度梯度,應(yīng)力梯度,表面自由能差,電場(chǎng)和磁場(chǎng)等.舉例:AL-C合金棒彈性彎曲,并在一定溫度下加熱,發(fā)生擴(kuò)散.大的鋁原子向受拉伸的一邊擴(kuò)散,小的銅原子小受壓縮的一邊擴(kuò)散.四.固態(tài)擴(kuò)散的分類(一)根據(jù)擴(kuò)散過(guò)程中是否發(fā)生濃度變化分類自擴(kuò)散:互擴(kuò)散:(二)根據(jù)擴(kuò)散方向是否與濃度梯度的方向相同進(jìn)行分類下坡擴(kuò)散:上坡擴(kuò)散:(三)根據(jù)擴(kuò)散過(guò)程中是否出現(xiàn)新相進(jìn)行分類原子擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散6.2擴(kuò)散定律菲克第一定律在擴(kuò)散過(guò)程中,在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面面積的擴(kuò)散流量J與濃度梯度dC/dx成正比.

J=-DdC/dxJ為擴(kuò)散流量;D為擴(kuò)散系數(shù);為dC/dx體積濃度梯度;負(fù)號(hào)表示物質(zhì)的擴(kuò)散方向與濃度梯度的方向相反.適用范圍:穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(擴(kuò)散過(guò)程中,合金各處的濃度不隨時(shí)間(dC/dt=0)變化.)菲克第二定律適用范圍:非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(擴(kuò)散過(guò)程中,合金各處的濃度和濃度梯度隨距離和時(shí)間變化.)擴(kuò)散第二定律是由第一定律推導(dǎo)出來(lái),它適用于一般的擴(kuò)散過(guò)程.方程的解具有C=f(x,t)關(guān)系.設(shè):I,II為垂直的單位平面;J1,J2為進(jìn)出兩平面的擴(kuò)散流量;濃度隨時(shí)間的變化率為;則單元dx內(nèi)溶質(zhì)的積累速率為:若擴(kuò)散系數(shù)D為常數(shù),則:菲克第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式:三.擴(kuò)散應(yīng)用舉例(一)鑄錠件的均勻退火

工業(yè)生產(chǎn)中,采用高溫長(zhǎng)時(shí)間均勻化退火,通過(guò)合金中的熔質(zhì)原子擴(kuò)散,減輕(消除)枝晶偏析.溶質(zhì)原子沿X方向分布,符合正弦曲線:

2

初始邊界條件:菲克第二定律的解:因?yàn)樗砸?均勻化退火后,成分偏析的振幅降低到原來(lái)的1%.因此,減低枝晶間距(打碎枝晶),提高D(提高退火溫度),可以減少退火時(shí)間.(二)鋼的滲碳和滲氮(三)金屬的粘接1.釬焊2.鍍鋅3.包鋁8.3

影響擴(kuò)散的因素?cái)U(kuò)散系數(shù)D為:一.溫度溫度提高原子震動(dòng)能提高空位濃度提高原子擴(kuò)散系數(shù)D提高例如:二.晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)不同擴(kuò)散系數(shù)不同晶體致密度越小原子擴(kuò)散系數(shù)越大三.固溶體類型固溶體類型不同,溶質(zhì)原子的擴(kuò)散激活能不同.間隙原子擴(kuò)散激活能<置換原子擴(kuò)散激活能間隙原子擴(kuò)散速度>置換原子擴(kuò)散速度例如:例如:

四.晶體缺陷表面晶界亞晶界晶體內(nèi)部擴(kuò)散速度由快到慢晶體內(nèi)部位錯(cuò)、空位處晶體內(nèi)部完整部分原因：缺陷處原子排列不整齊，晶格畸變大，能量較高，所以原子擴(kuò)散的激活能小，原子容易擴(kuò)散。二.熱處理與相圖能進(jìn)行熱處理的合金的條件:具有固態(tài)相變.

幾條重要的曲線熱處理中重要的因素:溫度,時(shí)間,速度.三.固態(tài)相變的特點(diǎn)(一)相變阻力大(二)新相和母相間有一定的晶體學(xué)位向關(guān)系.慣習(xí)面慣習(xí)方向慣習(xí)現(xiàn)象(三)母相缺陷對(duì)相變起促進(jìn)作用(四)容易出現(xiàn)過(guò)度相上述的原因:固態(tài)轉(zhuǎn)變一方面力求使自由能盡可能降低;另一方面又力求沿著阻力最小,

做功最小的途徑進(jìn)行.四.固態(tài)相變的類型擴(kuò)散型相變非擴(kuò)散型相變半擴(kuò)散型相變7.2鋼在加熱過(guò)程時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體化:共析鋼奧氏體的形成過(guò)程當(dāng)溫度高于AC1時(shí),珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體:(一)奧氏體的形核(二)奧氏體的長(zhǎng)大(三)剩余滲碳體的溶解(四)奧氏體成分均勻化亞(過(guò))共析鋼的加熱溫度要超過(guò)AC3和ACM并保溫足夠的時(shí)間后,才能獲得單相奧氏體.二.影響奧氏體形成速度的因素(一)加熱溫度和保溫時(shí)間孕育期:

加熱速度越快(V2),孕育期越短,奧氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變的溫度和轉(zhuǎn)變終了的溫度越高.(二)原始組織的影響(三)化學(xué)成分的影響1.碳碳含量的提高奧氏體形成速度加快.2.合金元素影響碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度.改變鋼的臨界點(diǎn)和碳在奧氏體中的溶解度.合金元素的均勻化.三.奧氏體晶粒大小及其影響因素奧氏體對(duì)冷卻后的鋼的組織和性能影響很大.(一)奧氏體晶粒度表示方法:單位面積內(nèi)晶粒的數(shù)目或每個(gè)晶粒的平均面積(直徑)描述.三個(gè)概念:起始晶粒度本質(zhì)晶粒度實(shí)際晶粒度(二)影響奧氏體晶粒大小的因素奧氏體晶粒長(zhǎng)大,晶界的遷移,本質(zhì)是原子在晶界的擴(kuò)散.1.加熱溫度和保溫時(shí)間2.加熱速度的影響3.鋼的化學(xué)成分的影響4.鋼的原始組織的影響一般,原始組織越細(xì)小,碳化物彌散度越大,則奧氏體晶粒越小.7.3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變兩種冷卻方式:連續(xù)冷卻,等溫冷卻.

過(guò)冷奧氏體:臨界溫度以下,不穩(wěn)定的奧氏體.過(guò)冷奧氏體的分解:是個(gè)點(diǎn)陣重構(gòu)和碳的擴(kuò)散過(guò)程.不同冷速下的組織:緩冷:珠光體(P)較快冷:貝氏體(B)快冷:馬氏體(M)

過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線(共析鋼):TTT圖轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)間轉(zhuǎn)變終了時(shí)間過(guò)冷奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體正在轉(zhuǎn)變區(qū)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了區(qū)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)(擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)(半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)(非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變)C-曲線特點(diǎn)及其原因C-曲線鼻子處:過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定.轉(zhuǎn)變速度最快.過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變速度與形核率和生長(zhǎng)速度相關(guān),而形核率和生長(zhǎng)速度受控制于過(guò)冷度.過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(共析鋼):CCT圖虛線:TTT曲線實(shí)線:CCT曲線鋼種:共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程====無(wú)數(shù)個(gè)溫差很小的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程Vc’和Vc是不同產(chǎn)物的分界線.Vc:上臨界冷卻速度或臨界淬火速度.Vc’:下臨界冷卻速度.CCT曲線:過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終止線有F析出區(qū)和B轉(zhuǎn)變區(qū).數(shù)字的意義:例如:以V2速度冷卻有先共析滲碳