合金的结晶与相图PPT讲稿.ppt

合金的结晶与相图第1页，共59页，编辑于2022年，星期六 晶体结构与结晶n晶体的概念：有规律、周期性排列n晶格、晶胞、晶格常数n立方晶系a=b=c =90第2页，共59页，编辑于2022年，星期六常见的金属晶格常见的金属晶格1.体心立方体心立方n-铁、铬、钼、钨、钒第3页，共59页，编辑于2022年，星期六2.面心立方n-铁、铜、铝、镍等第4页，共59页，编辑于2022年，星期六3.密排六方n铍、镁、锌、镉等第5页，共59页，编辑于2022年，星期六单晶体的各向异性n概念：晶体沿不同方向有性能差异。n结论：单晶体必有各向异性。第6页，共59页，编辑于2022年，星期六实际金属结构n金属的结构特点：n是晶体n是多晶体n晶体内部有缺陷第7页，共59页，编辑于2022年，星期六金属晶格内部的缺陷1.点缺陷n点缺陷的存在使金属能够比较容易的发生扩散现象第8页，共59页，编辑于2022年，星期六2.线缺陷-位错n位错的存在使金属能够比较容易发生塑性变形。第9页，共59页，编辑于2022年，星期六3.面缺陷n面缺陷的存在使金属的强度提高第10页，共59页，编辑于2022年，星期六金属的结晶一.结晶的概念二.理论结晶温度与实际结晶温度：过冷度T三.金属结晶的必要条件：一定的过冷度第11页，共59页，编辑于2022年，星期六金属的结晶过程n温度越高,原子运动速度越快第12页，共59页，编辑于2022年，星期六金属的结晶结论:金属的结晶过程形形核与长大核与长大过程金属液形成晶核晶核长大形成晶体第13页，共59页，编辑于2022年，星期六等轴晶与枝晶n枝晶形成的原因：n优先长大方向n金属不纯净；n散热不均匀。第14页，共59页，编辑于2022年，星期六冷却速度对金属晶粒度的影响冷速大冷速小第15页，共59页，编辑于2022年，星期六孕育处理加入人工晶核晶粒细化第16页，共59页，编辑于2022年，星期六结论n冷却速度冷却速度：n冷却速度冷却速度过冷度过冷度形核率形核率晶粒度晶粒度。n变质处理变质处理：n人工晶核人工晶核晶粒度晶粒度第17页，共59页，编辑于2022年，星期六金属的同素异构性n金属在一定温度下只能有一种晶体结构，但有些金属在不同温度下具有不同的晶体结构。n铁的同素异构体：第18页，共59页，编辑于2022年，星期六同素异构转变过程n形核与长大的过程-铁-铁晶核铁第19页，共59页，编辑于2022年，星期六金属铸锭的组织特点n钢锭的组织特点n表层细晶粒层n中间柱状晶粒层n心部粗大等轴晶粒层n铸锭的组织对其性能的影响n铸锭内部的缺陷n缩孔与缩松n偏析第20页，共59页，编辑于2022年，星期六 二元合金n基本概念：n合金：以金属为基，添加其它有益元素n组元：组成元素n相：成分相同、结构相同、与其它相有相界。第21页，共59页，编辑于2022年，星期六合金的相结构n固溶体：n不改变基体金属(溶剂)的晶格类型n合金原子（溶质）弥散分布n有一定溶解度。n化合物：n形成新的晶格n原子配比固定。第22页，共59页，编辑于2022年，星期六固溶体的分类n按溶质原子在基体金属晶格所占据位置的不同分：n置换固溶体n间隙固溶体n按溶解度分：n有限固溶体n无限固溶体第23页，共59页，编辑于2022年，星期六置换固溶体n置换固溶体有可能形成无限固溶体第24页，共59页，编辑于2022年，星期六影响置换固溶体溶解度的因素n晶格类型n原子直径的相对大小；n电负性的差别；n电子浓度。第25页，共59页，编辑于2022年，星期六间隙固溶体n由H、O、C、N、B溶入过渡族金溶入过渡族金属而形成；属而形成；n溶解度很小；溶解度很小；n强化效果优于置强化效果优于置换固溶体。换固溶体。第26页，共59页，编辑于2022年，星期六化合物化合物n正常价化合物n电子化合物n间隙化合物n间隙相WC、VC、TiC等，具有高熔点、高硬度、高稳定性。n具有复杂结构的间隙化合物Fe3C、Cr23C6第27页，共59页，编辑于2022年，星期六相图的概念n组元：组成元素n合金系：组元相同,浓度不同n相平衡:相对量不变,相对浓度不变n相图:合金系的相随温度而变化情况的图第28页，共59页，编辑于2022年，星期六二元合金相图的建立n热分析法建立相图的步骤：（1）配比合金；（2）测定冷却曲线；（3）确定临界点；（4）绘制相图。第29页，共59页，编辑于2022年，星期六Cu-Ni合金相图n概念：n固相线n液相线第30页，共59页，编辑于2022年，星期六匀晶相图n含Ni为30%的合金的结晶过程分析：第31页，共59页，编辑于2022年，星期六杠杆定律n假定：成分为C的合金其重量为W,当冷却至T温度时，其固相和液相的成分分别为C和CL，现求W和WL:n方程建立：总重量不变：W=W+WL.(1)溶质总量不变：W C+WL CL=W C(2)第32页，共59页，编辑于2022年，星期六推导过程n将（1）代入（2）W C+WL CL=（W+WL）Cn方程变形公式一：公式一：W（C-C)=WL(C-CL)公式二：公式二：W/WL=(C-CL)/（C-C)公式三：公式三：%=W/W=(C-CL)/(C-CL)L%=WL/W=(C-C)/(C-CL)第33页，共59页，编辑于2022年，星期六晶内偏析n因结晶冷却速度太快而造成的晶体内部成分的不均匀现象。n用扩散退火来消除。第34页，共59页，编辑于2022年，星期六共晶相图n共晶转变：L+n共晶点n共晶线n亚共晶合金、共晶合金、过共晶合金第35页，共59页，编辑于2022年，星期六Pb-Sn合金的结晶过程分析n0Sn%18%的的Pb-Sn合金：合金：n室温组织室温组织+第36页，共59页，编辑于2022年，星期六共晶合金的结晶过程分析nSn%=62%的的Pb-Sn合合金：金：n室温组织：室温组织：第37页，共59页，编辑于2022年，星期六亚共晶合金的结晶过程分析n18Sn%62的的Pb-Sn合金：合金：n室温组织：室温组织：（）共）共第38页，共59页，编辑于2022年，星期六室温平衡组织的计算n计算含Sn为40%的Pb-Sn合金的室温平衡组织构成。n计算过程：1.分析结晶过程，得到室温组织构成：（）共）共2.选适当的双相区和温度应用杠杆定律：L+共晶温度第39页，共59页，编辑于2022年，星期六计算过程n共晶温度下：n相组成：L+n成分：L为62%为18%n假设：的重量百分比为x%,则L相的重量百分比为(1-x)%n溶质总量不变：18x+62(1-x)=40X=50%第40页，共59页，编辑于2022年，星期六比重偏析n产生原因：n因组元比重相差较大造成初晶相与液相的比重相差较大。n危害n材料组织和性能不均匀n消除措施n浇注时加快冷速和进行搅拌。n不能用热处理来消除。第41页，共59页，编辑于2022年，星期六包晶相图n包晶转变：+Ln含Ag为为40%的合金结晶过程的合金结晶过程分析：分析：第42页，共59页，编辑于2022年，星期六相图特例n特例1：其中一组元完全不溶于另一组元。n特例2：两组元形成中间化合物第43页，共59页，编辑于2022年，星期六二元相图的基本规律n规律一：相邻相区相数相差为一；n规律二：三相共寸区为一水平线；n规律三：稳定化合物区为一竖线；n三相反应规律：第44页，共59页，编辑于2022年，星期六相图的用途n铸造生产n成分控制组织控制性能控制。n热处理工艺n工艺指定n组织控制n焊接工艺第45页，共59页，编辑于2022年，星期六第五章 铁碳合金相图n铁碳合金的相结构与性能第46页，共59页，编辑于2022年，星期六铁碳合金相图n相图特点：n个三相转变线；n个单相区；n个两相区；n条溶解度曲线。第47页，共59页，编辑于2022年，星期六Fe-C合金示意图n画出基本形状；n记住关键点的成分；n会分析典型合金的结晶过程n会计算平衡组织的构成。第48页，共59页，编辑于2022年，星期六工业纯铁n含碳量：C%0.02%n结晶过程分析：Fe3Cn室温平衡组织：Fe3C第49页，共59页，编辑于2022年，星期六共析钢n含碳量：C%=0.77%n结晶过程分析：LL+(Fe3C)n室温平衡组织：P第50页，共59页，编辑于2022年，星期六亚共析钢n含碳量：0.02%C%0.77%n结晶过程分析：+Pn室温平衡组织：+P第51页，共59页，编辑于2022年，星期六过共析钢n含碳量：0.77%C%2.11%n结晶过程分析：LL+Fe3C P Fe3Cn室温平衡组织：+P第52页，共59页，编辑于2022年，星期六共晶白口铸铁n含碳量：C%4.3%n结晶过程分析：LL+Ld LdLdn室温平衡组织：Ld第53页，共59页，编辑于2022年，星期六亚共晶白口铸铁n含碳量：2.11%C%4.3%n结晶过程分析：LL+AA+Ld P+Ldn室温平衡组织：P+Ld第54页，共59页，编辑于2022年，星期六过共晶白口铸铁n含碳量：4.3%C%6.69%n结晶过程分析：LL+Fe3C Fe3C+Ld Fe3C+Ldn室温平衡组织：Fe3C+Ld第55页，共59页，编辑于2022年，星期六铁碳合金的分类及其组织n工业纯铁：n含碳量：0.02%n组织：n钢：n含碳量：0.022.11%n组织（F或K)+Pn白口铸铁：n含碳量：2.11 6.69%n组织(P或K)+Ld第56页，共59页，编辑于2022年，星期六铁碳合金的成分与性能的关系n对碳钢来说，含碳量越高，其强度和硬度越高，但其塑性和韧性越差n过共析钢由于网状碳化物的析出造成其强度的下降。第57页，共59页，编辑于2022年，星期六碳钢n常存杂质对碳钢性能的影响：n锰：含量少时影响不大n硅：含量少时影响不大n硫：造成热热脆性n磷：造成冷冷脆性n碳钢的分类n按含碳量分：低碳钢、中碳钢、高碳钢n按质量分：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢n按用途分：碳素结构钢、碳素工具钢第58页，共59页，编辑于2022年，星期六碳钢的牌号与用途n普通碳素结构钢：按屈服强度编号，最常用Q235n优质碳素结构钢：按含碳量的万万分数来表示，最常用的是45；n碳素工具钢：按含碳量的千千分数来表示，最常用的是T10，T12；第59页，共59页，编辑于2022年，星期六