第-三章金屬熔體全部課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 熔鐵及其合金的結(jié)構(gòu)熔鐵及其合金的結(jié)構(gòu)了解內(nèi)容自學(xué)：了解內(nèi)容自學(xué)：識(shí)記點(diǎn)：鐵原子半徑為識(shí)記點(diǎn)：鐵原子半徑為1.2810-10m，在，在912出出現(xiàn)現(xiàn)FeFe的晶型轉(zhuǎn)變，的晶型轉(zhuǎn)變，1394 出現(xiàn)出現(xiàn)FeFe的晶型轉(zhuǎn)變。的晶型轉(zhuǎn)變。Fe和和Fe是體心立方晶格，配位數(shù)是體心立方晶格，配位數(shù)為為8，F(xiàn)e是面心立方晶格，配位數(shù)為是面心立方晶格，配位數(shù)為12，F(xiàn)e的密的密度比度比Fe的大。的大。其他組分的存在而改變。如圖所示：在其他組分的存在而改變。如圖所示：在FeCFeC系內(nèi)，系內(nèi)，Si Si能提高能提高C C的活度，而的活度，而CrCr則則降低降低C C的活度。的活度。相互作用系數(shù)的引入

2、相互作用系數(shù)的引入設(shè)鐵液內(nèi)除所求活度系數(shù)的第設(shè)鐵液內(nèi)除所求活度系數(shù)的第2 2組分組分B B外，尚有其它組分外，尚有其它組分B B2 2，B B3 3，BBn n等存在時(shí)，它們的濃度分別用等存在時(shí)，它們的濃度分別用 表示，組分表示，組分B B的的活度系數(shù)在恒溫、恒壓下是其自身及其它組分濃度的函數(shù)，用活度系數(shù)在恒溫、恒壓下是其自身及其它組分濃度的函數(shù)，用 表示。那么對(duì)于函數(shù)表示。那么對(duì)于函數(shù): : 的泰勒展開式為：的泰勒展開式為： nxxx,.,32),.,(32BBnxxxx.)lnln2ln(! 21)ln.lnlnln(ln),.,(ln23B22332B23222B222B3B32B2BB

3、B0B32BBxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxnnn),.,(lnln32BBnxxxx) 1,.,0, 0, 0(A32Bxxxxnxxxx,.,32B0Bln0B),.,(ln32BBnxxxx.)lnln2ln(! 21)ln.lnlnln(ln),.,(ln23B22332B23222B222B3B32B2BBB0B32BBxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxnnn對(duì)于函數(shù)對(duì)于函數(shù) 其泰勒展開式只保留二其泰勒展開式只保留二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，并定義：階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，并定義： 一級(jí)相互作用系數(shù)為：一級(jí)相互作用系數(shù)為：二級(jí)作用系數(shù)為：二級(jí)作用系數(shù)為：二級(jí)交叉相互作用系數(shù)為：二級(jí)交叉相互作用系數(shù)

4、為：),.,(lnln32BBnxxxx1KBKBAlnxx12B2KBAKln21xx)KJ (1KJ2KJ,BAlnxBxxKJ3KJ,B1222KBK2KBBBB0BKlnlnxxxxxnKnJnKnKBK2KBBBB0BlnlnxxnKBKB1KBKBA)/ln(xxK2KBBBB0BlnlnxxnKBKKB33B22BBBB0B.lnlnxxxxBKB3B2BBB0BBln.lnlnlnlnlnKB3B2BBB0BB. K2KBBBB0BBlnlnxxnKK.32BlgKB3B2BBBBeeeefKB3B2BBBBlg.lglglglgfffffKB3B2BBBB. . fffff

5、KBe%100BKBAK/lgfe029. 0,026. 0,11. 0,063. 0,028. 0PSMnSCSSiSSSeeeeePMnCSiSlgPSMnSCSSiSSSSeeeeef相互作用系數(shù)如何確定？相互作用系數(shù)如何確定？附錄附錄7（P318）給出了溶于鐵液中）給出了溶于鐵液中1600時(shí)各元時(shí)各元素的素的 。應(yīng)用該表讀取相互作用系數(shù)時(shí)，應(yīng)注意：應(yīng)用該表讀取相互作用系數(shù)時(shí)，應(yīng)注意：一、溶劑為鐵液；一、溶劑為鐵液；二、元素二、元素B和和K不要混淆；不要混淆；三、給出的是三、給出的是1873K時(shí)的值。時(shí)的值。KBe相互作用系數(shù)的溫度關(guān)系式相互作用系數(shù)的溫度關(guān)系式一般文獻(xiàn)公布的一般文獻(xiàn)公布

6、的 多是溫度多是溫度1873K1873K的值，如給定溫度的值，如給定溫度與之相差較遠(yuǎn)時(shí)，則應(yīng)對(duì)文獻(xiàn)值進(jìn)行修正。與之相差較遠(yuǎn)時(shí)，則應(yīng)對(duì)文獻(xiàn)值進(jìn)行修正。按正規(guī)溶液的熱力學(xué)可得到相互作用系數(shù)的溫度關(guān)按正規(guī)溶液的熱力學(xué)可得到相互作用系數(shù)的溫度關(guān)系式為：系式為：KBeKB(1873K)KB(T)1873eTe 按準(zhǔn)正規(guī)溶液模型可推得：按準(zhǔn)正規(guī)溶液模型可推得： 通用的關(guān)系式為：通用的關(guān)系式為： 。利用不同溫度測(cè)定的利用不同溫度測(cè)定的 作圖作圖，可得出，可得出A、B常數(shù)值。如表常數(shù)值。如表3-8。相互作用系數(shù)的溫度關(guān)系式（相互作用系數(shù)的溫度關(guān)系式（2 2）KB(1873K)KB(T)355. 02538(e

7、TeBTAeKB(T)Te1KB(T)對(duì)相互作用系數(shù)的測(cè)定方法相互作用系數(shù)的測(cè)定方法從從 的定義式的定義式 可以看出可以看出 是是Fe-B-K三元系內(nèi)的獨(dú)立值，在多元系中其它組分的濃度三元系內(nèi)的獨(dú)立值，在多元系中其它組分的濃度不影響不影響K對(duì)對(duì)B的作用，因此多元系內(nèi)的一級(jí)相互作用系數(shù)可的作用，因此多元系內(nèi)的一級(jí)相互作用系數(shù)可由三元系的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。由三元系的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。測(cè)定方法有同一活度法測(cè)定方法有同一活度法(溶解度法溶解度法)和同一濃度法和同一濃度法(化學(xué)化學(xué)平衡法平衡法)。KBe%100BKBAK/lgfeKBe同一活度法（溶解度法）同一活度法（溶解度法）當(dāng)元素在溶劑如鐵液中溶解有限，形

8、成飽和溶液時(shí)，當(dāng)元素在溶劑如鐵液中溶解有限，形成飽和溶液時(shí)，加入第加入第3組分，則其溶解度就要改變，但其活度不變，因組分，則其溶解度就要改變，但其活度不變，因?yàn)榈跒榈?組分引起它的活度系數(shù)發(fā)生了變化。因此組分引起它的活度系數(shù)發(fā)生了變化。因此B=B飽飽，而溶液達(dá)到平衡時(shí)，而溶液達(dá)到平衡時(shí)，K=aB。在相同的溫度及標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，。在相同的溫度及標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，兩系的兩系的K相同，活度也相同，故相同，活度也相同，故于是于是K-BFeKBBBBFeBBBBfffK-BFeBFeKBB/Bf注意：式中注意：式中 分別為分別為Fe-BFe-B系和系和Fe-B-KFe-B-K系內(nèi)系內(nèi)B B的溶解度。由于此法是根據(jù)二元

9、系及三的溶解度。由于此法是根據(jù)二元系及三元系中組分元系中組分B B的活度相同導(dǎo)出的，所以稱為同一活的活度相同導(dǎo)出的，所以稱為同一活度法。度法。 K-BFeBFeBB和同一濃度法（化學(xué)平衡法）同一濃度法（化學(xué)平衡法）方法要點(diǎn)如下：方法要點(diǎn)如下：鐵液內(nèi)溶解了一定量的組分鐵液內(nèi)溶解了一定量的組分B B的條件下，加入不同量的的條件下，加入不同量的第三組分第三組分K K時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，求得組分時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，求得組分B B的活度系的活度系數(shù)數(shù) f fB B 。對(duì)三元系。對(duì)三元系Fe-B-KFe-B-K，可得出，可得出 ，再以，再以 作圖，由直線的斜率和截距得出作圖，由直線的斜率和截距

10、得出 和和 。 由于此法中的由于此法中的B B組組分濃度活度系數(shù)均是按分濃度活度系數(shù)均是按Fe-BFe-B二元系中二元系中B B 的濃度計(jì)算的，所以的濃度計(jì)算的，所以稱為同一濃度法。稱為同一濃度法。KBlgKBBBBeefKlgB對(duì)fKBeBBe相互作用系數(shù)相互作用系數(shù) 的特性決定于第三組分的特性決定于第三組分K K在在Fe-BFe-B系中系中K K、B B、FeFe質(zhì)點(diǎn)間作用力的特性。質(zhì)點(diǎn)間作用力的特性。與與FeFeB B間作用力相比，如果作用力間作用力相比，如果作用力 ，則第三元素，則第三元素K K能能降低降低B B組元活度系數(shù)，這時(shí)組元活度系數(shù)，這時(shí) 。例如，鐵液中的例如，鐵液中的MnM

11、n、CrCr等元素會(huì)使等元素會(huì)使C C的活度系數(shù)降低，溶解的活度系數(shù)降低，溶解度升高，因其度升高，因其 、 均小于均小于0 0；(K)BeBFeBKFF0KBeMnCeCrCe反之，若作用力反之，若作用力 ，則第三元素能提高，則第三元素能提高B組元活組元活度系數(shù)，并使其溶解度降低，這時(shí)度系數(shù)，并使其溶解度降低，這時(shí) 0，例如，鐵液中，例如，鐵液中的的Si、P等元素會(huì)使等元素會(huì)使C的活度系數(shù)升高；的活度系數(shù)升高；若作用力若作用力 ，則第三元素對(duì)，則第三元素對(duì)B組元活度系數(shù)無組元活度系數(shù)無影響，這時(shí)影響，這時(shí) =0 。 轉(zhuǎn)換關(guān)系：轉(zhuǎn)換關(guān)系： ； BFeBK FFKBeBFeBK FF(K)BeBK

12、KBBKKBKBeMMe氫是鋼鐵中的氣體之一，純有害元素。氫是鋼鐵中的氣體之一，純有害元素。危害：氫在鋼中形成危害：氫在鋼中形成“白點(diǎn)白點(diǎn)”，引起，引起“氫脆氫脆”和應(yīng)力腐蝕。和應(yīng)力腐蝕。鋼液凝固時(shí)，發(fā)生偏析，來不及排出，形成鋼液凝固時(shí)，發(fā)生偏析，來不及排出，形成“白點(diǎn)白點(diǎn)”，軋，軋制后形成條狀的白亮帶，性能降低。制后形成條狀的白亮帶，性能降低。真空處理的方法除去鋼中的氫非常有效；真空處理的方法除去鋼中的氫非常有效；氫在鐵液中的溶解度很小，形成稀溶液，目前工程上普遍氫在鐵液中的溶解度很小，形成稀溶液，目前工程上普遍以以ppm（10-6）作單位來衡量。它們?cè)阡撝械娜芙夥蠚怏w）作單位來衡量。它們

13、在鋼中的溶解符合氣體溶解的溶解的西華特平方根定律西華特平方根定律。 mol)(35.52121009mrJTG734. 2/6320lgO(R)TL734. 0/6320lgO(%)TL%23. 0OFeOO/ O)(aL注BB1538TtC901530t3mkg853. 08580)(TTdxduAF)/(exp0RTEB鐵液中溶解元素對(duì)粘度的影響鐵液中溶解元素對(duì)粘度的影響由圖可見，由圖可見，N、O、S提高鐵液的粘提高鐵液的粘度。度。這種影響在元素濃度很低時(shí)更為明這種影響在元素濃度很低時(shí)更為明顯。例如，顯。例如，O為為0.05%，可使粘度，可使粘度提高提高3050%。P、Mn、C、Si、Cr等能降低粘度。等能降低粘度。此外此外Al、Si、Mn、Cr等若與鋼中的等若與鋼中的氧結(jié)