機(jī)械工程材料第二章

機(jī)械工程材料第二章第2章材料的制備與相圖

Chapter2MaterialsManufacture

andPhaseDiagrams

2.1材料的制備過(guò)程2.2二元相圖的基本類型2.3典型二元相圖的應(yīng)用——Fe-C相圖分析2.4凝固與結(jié)晶理論的應(yīng)用

2.1

材料的制備過(guò)程冶煉鑄造鑄錠鑄件鑄件鑄件鑄錠鑄件熱軋熱鍛板、型、管、線材機(jī)加工零件（機(jī)加工）零件焊接機(jī)加工冷軋、拔、沖零件

2.1.1材料凝固與結(jié)晶的條件（1）熔融液體的粘度（內(nèi)因）——是材料內(nèi)部結(jié)合鍵性質(zhì)和結(jié)構(gòu)情況的宏觀表征，其大小表示了液體中發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難易程度。

聚合物粘度大，不易結(jié)晶；金屬粘度小，一般為金屬晶體（2）冷卻速度（外因）——冷速越大，則在單位時(shí)間內(nèi)逸散的熱量越多，熔體溫度降得越低，而又直接關(guān)系其中原子或分子的擴(kuò)散能力。冷速大，金屬擴(kuò)散能力降低，不易結(jié)晶，得到非晶合金。2.1.2

金屬材料的制備

1.金屬的冶煉

2.純金屬的結(jié)晶規(guī)律

⑴液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（結(jié)晶的充分條件）結(jié)構(gòu)起伏(相起伏)液態(tài)金屬中存在短程有序原子集團(tuán)

⑵金屬結(jié)晶的必要條件過(guò)冷度過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件熱分析法測(cè)定金屬結(jié)晶溫度不同冷速下的冷卻曲線示意圖

過(guò)冷度的影響因素冷速↑↑自由能與溫度的關(guān)系曲線

金屬結(jié)晶的能量條件⑶純金屬結(jié)晶的普遍規(guī)律——不斷形成晶核與晶核不斷長(zhǎng)大的連續(xù)過(guò)程形核的方式:①自發(fā)形核以液態(tài)金屬中的結(jié)構(gòu)起伏為基礎(chǔ)②非自發(fā)形核依賴于液體中的固體質(zhì)點(diǎn)晶核長(zhǎng)大方式

①平面方式長(zhǎng)大

②以樹(shù)枝晶方式長(zhǎng)大為主單晶體與多晶體示意圖

金屬銻錠的組織示意圖2.2二元相圖的基本類型

有關(guān)相圖的基本概念：合金狀態(tài)一定條件下合金有哪幾個(gè)相組成相變臨界點(diǎn)相變的溫度相圖反映在平衡條件下，合金的狀態(tài)同溫度、成分之間關(guān)系的圖形。

熱分析法建立Cu-Ni二元合金相圖的過(guò)程相圖的建立用熱分析法建立Cu-Ni相圖（a）冷卻曲線（b）測(cè)定的相圖2.2.2勻晶相圖特點(diǎn)：兩組元在液態(tài)、固態(tài)下均可以任意比例互溶（無(wú)限固溶體）Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Cr等1.

相圖分析?特性點(diǎn)?特性線?相區(qū)?基本相2.固溶體合金的平衡結(jié)晶過(guò)程分析Cu-Ni合金的顯微組織示意圖（1）變溫結(jié)晶（2）在結(jié)晶過(guò)程中，兩平衡相的成分和相對(duì)百分含量是不斷變化的。液相的成分沿著液相線變化，固相的成分沿著固相線變化；此間的任一溫度瞬時(shí)，都可應(yīng)用杠桿定律計(jì)算液固兩相的相對(duì)百分含量。固溶體合金的平衡結(jié)晶規(guī)律(與純金屬相比)3.杠桿定律

及其應(yīng)用內(nèi)容表述:在合金相圖的兩相區(qū)內(nèi),若溫度一定,則該溫度下兩平衡相的成分及兩平衡相的相對(duì)量是一定的,且兩相相對(duì)量之比等于各自相距較遠(yuǎn)的線段之比。適用條件：

僅適用于兩相區(qū)，用來(lái)求兩個(gè)平衡相的化學(xué)成分和相對(duì)百分含量。4.不平衡結(jié)晶——枝晶偏析（a）不平衡結(jié)晶；（b）不平衡結(jié)晶的組織概念:不平衡條件下,先結(jié)晶出的固溶體和后結(jié)晶出的固溶體成分不同,這種在一個(gè)晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象稱為枝晶偏析。消除辦法:擴(kuò)散退火(均勻化退火)2.2.3共晶相圖1.

相圖分析（1）共晶相圖的形成形成條件：固態(tài)為有限固溶體，發(fā)生共晶反應(yīng)。（2）相區(qū)與基本相（3）特性線與特性點(diǎn)MEN水平線——共晶線(三相區(qū))2.典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程（1）有限固溶體合金Ⅰ（2）共晶成分的合金Ⅱ（3）亞共晶成分合金Ⅲ（4）過(guò)共晶成分合金Ⅳ（1）有限固溶體合金Ⅰ

10%Sn有限固溶體合金的冷卻曲線及組織123（1）有限固溶體合金Ⅰ杠桿定律的應(yīng)用在kth溫度下，計(jì)算α和βⅡ的百分含量（2）共晶成分的合金Ⅱ共晶合金的冷卻曲線及室溫下的組織（3）亞共晶成分合金Ⅲ

亞共晶合金的冷卻曲線及組織1122’初晶的截取位置及相應(yīng)的組織形貌（3）亞共晶成分合金Ⅲ（4）過(guò)共晶成分的合金過(guò)共晶合金的冷卻曲線及組織13.兩種填寫相圖的方法以相組分形式填寫的相圖3.兩種填寫相圖的方法標(biāo)明組織組分的鉛-錫合金相圖2.2.4包晶相圖的特征Fe-C相圖包晶部分4.包晶相圖的特征2.2.5具有穩(wěn)定化合物的相圖2.2.6具有共析反應(yīng)的相圖合金的性能與相圖的關(guān)系二元合金相圖與性能之間的關(guān)系1.合金的使用性能與相圖的關(guān)系

2.合金的工藝性能與相圖的關(guān)系合金鑄造性能與相圖的關(guān)系預(yù)習(xí)準(zhǔn)備

“2.3鐵碳合金相圖分析”內(nèi)容的課堂討論

參見(jiàn)“學(xué)習(xí)指導(dǎo)”P16~17中的課堂討論（鐵碳合金相圖）提綱進(jìn)行充分準(zhǔn)備。2.3鐵碳合金相圖分析鐵碳相圖討論總結(jié)一、相、相組分、組織、組織組分的關(guān)系1相=相組分(相組成物）2組織是由相組成的3組織組分一定是組織，但組織不一定等于組織組分，組織=各組織組分總和⑴對(duì)平衡組織的影響

⑵對(duì)力學(xué)性能的影響

Wc不同，F(xiàn)和Fe3C的相對(duì)量不同；Fe3C的形態(tài)不同，導(dǎo)致性能不同

Fe3C的形態(tài)對(duì)性能的影響：共析Fe3C呈片狀——↑強(qiáng)度、硬度↓塑性、韌性Fe3CⅡ呈網(wǎng)狀——↓↓強(qiáng)度、塑性、韌性共晶Fe3C為連續(xù)基體——↑硬度↓強(qiáng)度、塑性、韌性二、含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織與性能的影響2.4凝固與結(jié)晶理論的應(yīng)用2.4.1鑄態(tài)晶粒度的控制晶粒度:晶粒大小用晶粒的平均面積或平均直徑來(lái)表示晶粒度對(duì)性能的影響——細(xì)晶強(qiáng)化晶粒度的影響因素

形核率（N）N↑晶粒細(xì)化長(zhǎng)大速度（G）G↓晶粒細(xì)化