合金的結(jié)晶與相圖

1、合金的結(jié)晶與相圖第1頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二 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=c =90第2頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二常見的金屬晶格1. 體心立方-鐵、鉻、鉬、鎢、釩第3頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二2. 面心立方-鐵、銅、鋁、鎳等第4頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二3. 密排六方鈹、鎂、鋅、鎘等第5頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二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：單晶體必有各向異性。第6頁，共59頁，

2、2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二實(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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二金屬晶格內(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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二2. 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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二3. 面缺陷面缺陷的存在使金屬的強(qiáng)度提高第10頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二金屬的結(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：過冷度T三.金屬結(jié)晶的必要條件：一定的過

3、冷度第11頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二金屬的結(jié)晶過程溫度越高,原子運(yùn)動(dòng)速度越快第12頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二金屬的結(jié)晶結(jié)論:金屬的結(jié)晶過程形核與長大過程金屬液形成晶核晶核長大形成晶體第13頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二等軸晶與枝晶枝晶形成的原因：優(yōu)先長大方向金屬不純凈；散熱不均勻。第14頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二冷卻速度對(duì)金屬晶粒度的影響冷速大冷速小第15頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二孕育處理加入人工晶核晶粒細(xì)化第16頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分

4、，星期二結(jié)論冷卻速度：冷卻速度過冷度形核率晶粒度。變質(zhì)處理：人工晶核晶粒度第17頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二金屬的同素異構(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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程形核與長大的過程-鐵-鐵晶核鐵第19頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二

5、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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二合金的相結(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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二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：有限固溶體無限固溶體第23頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二置換固溶體置換固溶體有可能形成無限固溶體第24頁，共59頁，2022年，5月20日

6、，8點(diǎn)2分，星期二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?。浑娯?fù)性的差別；電子濃度。第25頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二間隙固溶體由H、O、C、N、B溶入過渡族金屬而形成；溶解度很小；強(qiáng)化效果優(yōu)于置換固溶體。第26頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二化合物正常價(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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二相圖的概念組元：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

7、的相隨溫度而變化情況的圖第28頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二Cu-Ni合金相圖概念：固相線液相線第30頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二勻晶相圖含Ni為30%的合金的結(jié)晶過程分析：第31頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二杠桿定律假定：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C和CL，現(xiàn)求W和WL:方程建立： 總重量不變： W= W+W

8、L.(1) 溶質(zhì)總量不變： W C + WL CL = W C(2)第32頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二推導(dǎo)過程將（1）代入（2） W C + WL CL =（ W + WL） C方程變形公式一：W （ C-C)= WL (C- CL)公式二： W / WL= (C- CL) /（ C-C)公式三：%= W /W=(C-CL)/(C-CL) L%= WL /W=(C-C)/(C-CL)第33頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二晶內(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)散退火來消除。第34頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2

9、分，星期二共晶相圖共晶轉(zhuǎn)變： L+共晶點(diǎn)共晶線亞共晶合金、共晶合金、過共晶合金第35頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二Pb-Sn合金的結(jié)晶過程分析0Sn%18%的Pb-Sn合金：室溫組織 +第36頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二共晶合金的結(jié)晶過程分析Sn%=62%的Pb-Sn合金：室溫組織：第37頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二亞共晶合金的結(jié)晶過程分析18Sn%62的Pb-Sn合金：室溫組織：（）共第38頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二室溫平衡組織的計(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)

10、算過程：1.分析結(jié)晶過程，得到室溫組織構(gòu)成：（）共2.選適當(dāng)?shù)碾p相區(qū)和溫度應(yīng)用杠桿定律：L+ 共晶溫度第39頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二計(jì)算過程共晶溫度下：相組成： L+ 成分：L為62% 為18%假設(shè)： 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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二比重偏析產(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。不能用熱處理來消除。第41頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星

11、期二包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變： +L含Ag為40%的合金結(jié)晶過程分析：第42頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二相圖特例特例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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二二元相圖的基本規(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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二第五章 鐵碳合金相圖鐵碳

12、合金的相結(jié)構(gòu)與性能第46頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二鐵碳合金相圖相圖特點(diǎn)：個(gè)三相轉(zhuǎn)變線；個(gè)單相區(qū)；個(gè)兩相區(qū)；條溶解度曲線。第47頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二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)晶過程會(huì)計(jì)算平衡組織的構(gòu)成。第48頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二工業(yè)純鐵含碳量：C%0.02%結(jié)晶過程分析：Fe3C室溫平衡組織：Fe3C第49頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二共析鋼含碳量： C%=0.77%結(jié)晶過程分析：LL+ (Fe3C)室溫平衡組織：P第50頁，共59頁，

13、2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二亞共析鋼含碳量： 0.02% C % 0.77%結(jié)晶過程分析： + P室溫平衡組織： +P第51頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二過共析鋼含碳量： 0.77% C % 2.11%結(jié)晶過程分析：LL+ +Fe3C P Fe3C室溫平衡組織： +P第52頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二共晶白口鑄鐵含碳量：C % 4.3%結(jié)晶過程分析：LL+Ld LdLd室溫平衡組織： Ld第53頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二亞共晶白口鑄鐵含碳量：2.11%C % 4.3%結(jié)晶過程分析：LL+AA+Ld P+L

14、d室溫平衡組織：P+ Ld第54頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二過共晶白口鑄鐵含碳量： 4.3% C % 6.69%結(jié)晶過程分析：LL+Fe3C Fe3C +Ld Fe3C +Ld室溫平衡組織： Fe3C + Ld第55頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二鐵碳合金的分類及其組織工業(yè)純鐵：含碳量：0.02%組織：鋼：含碳量：0.022.11%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，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二鐵碳合金的成分與性能的關(guān)系對(duì)碳鋼來說，含碳量越高，其強(qiáng)度和硬度越高，但其塑性和韌性越差過共析鋼由于網(wǎng)狀碳化物的析出造成其強(qiáng)度的下降。第57頁，共59頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)2分，星期二碳鋼常存雜質(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)影響不大硫