(1)--2.1-2.2 材料的制备过程-二元相图的基本类型.ppt

第二章第二章 材料的制备与相图材料的制备与相图2.1 材料的制备过程材料的制备过程材料的凝固与结晶纯金属的结晶规律纯金属的结晶规律（）1）液态金属结晶的充分条件液态金属大范围内原子无序分布，在短距离的微小范围原子呈现短程有序排列，由于热运动很快消失，同时形成新的短程有序排列，此现象称为“结构起伏”或“相起伏”，并伴随“能量起伏”。2）金属结晶的必要条件）金属结晶的必要条件（）结晶开始结晶开始结晶终止结晶终止Tmb）实际结晶实际结晶结晶开始结晶开始TnT结晶终止结晶终止Tma）平衡结晶平衡结晶图图2-2 2-2 纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线金属结晶的冷却曲金属结晶的冷却曲线见图线见图2-2。缓冷，水平段结晶缓冷，水平段结晶潜热。潜热。过冷度过冷度理论结晶温度Tm：实际结晶温度Tn：过冷度T=Tm-Tn冷速越大，Tn越低，过冷度T越大。图图2 2-3 -3 同一金属不同速度冷却曲线同一金属不同速度冷却曲线v1v2v3t1t2t3v1v2v33）纯金属结晶的普遍规律）纯金属结晶的普遍规律普遍规律：普遍规律：不断形成晶核和晶核不断长大的连续不断形成晶核和晶核不断长大的连续过程。过程。两种形核方式两种形核方式自发晶核自发晶核：T，形成尺寸很小的近程有序的原子集形成尺寸很小的近程有序的原子集团团晶核晶核非自发晶核非自发晶核：固态杂质微粒子吸附原子形成。：固态杂质微粒子吸附原子形成。枝晶枝晶：2.2 二元相图的基本类型一、相图的建立相图：平衡状态下，不同成分的合金，在不同温度下，合金的状态、显微组织形成规律的图形。建立：实验法或理论计算法图2-8 热分析法建立CuNi相图Cu-Ni合金相图的建立100%14520%1083WNi=30%aa70%ccL305070a)冷却曲线时间温度/CuNiWNi%b)相图50%bbaabbcc14521083L+二、匀晶相图定义：两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解，在固态下形成无限固溶体的合金相图。如Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、W-Mo等1.Cu-NiCu-Ni合金相图分析合金相图分析A纯铜的熔点，1083；LL+14温度 WNi%CuNiABB纯镍的熔点，1452；A1B液相线；A4B固相线；Ni溶入Cu形成的置换固溶体。AB1AB4AB2.冷却过程LL+温度温度 WNi%CuNiAB4411Kk0LL时间时间LL0kL+L 4.枝晶偏析枝晶偏析定义：实际金属结晶过程中，由于冷却速度快，先后结晶出来的固溶体成分不同，扩散来不及进行，使得晶粒内部化学成分不均匀的现象。危害：材料的力学性能，加工工艺性，耐蚀性。措施：扩散退火(均匀化退火)三、共晶相图定义：两组元在液态下无限互溶，在固态时有限互溶并发生共晶反应（转变），形成共晶组织的二元相图。Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu等1.相图分析（Pb-Sn为例）GFMEN1961.997.5183A327.5B231.9+L+L+LPbSn102030405060708090WWSnSn/%/%100200300400温度/1）特性线与特性点A纯Pb熔点；B纯Sn熔点；E共晶点，WSn=61.9%2）相区与基本相）相区与基本相GFMEN1961.997.5183A327.5B231.9+L+L+LPbSn102030405060708090WWSnSn/%/%100200300400温度/单相区：L、两相区：L+L+相，Sn溶入Pb形成的固溶体；相，Pb溶入Sn形成的固溶体。共晶反应：一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分各自固定的两个新固相的转变过程。2.典型合金的平衡结晶过程1）WSnSnE点WSn19L+LGFMEN1961.997.5183A327.5B231.9PbSn102030405060708090WSn/%100200300400温度/1234WSn19的合金的合金室温组织：二次析出反应：从单一固溶体相中析出单一新固相的反应。结晶过程：匀晶反应二次析出反应2）共晶合金（WSn=61.9）GFMEN1961.997.5183A327.5B231.9PbSn102030405060708090WSn/%100200300400温度/L+L+共晶组织：MN是与相成层片状交替分布的细密机械混合物。室温组织:(、省略不计)结晶过程：共晶反应二次析出反应3）亚共晶合金（WSn=1961.9%)GFMEN1961.997.5183A327.5B231.9PbSn102030405060708090WSn/%100200300400温度/12()L+L+自1点开始，相成分沿AM线向M点变化，L相成分沿AE线向E点变化。室温组织：+(+)结晶过程：匀晶反应共晶反应二次析出反应4）过共晶合金(WSn=61.9%97.5)GFMEN1961.997.5183A327.5B231.9PbSn102030405060708090WSn/%100200300400温度/12+(+)L+L+L+(+)+室温组织：+(+)结晶过程：匀晶反应共晶反应二次析出反应3.相图相（组织）组分填写L+L+LA327.5B231.9GFMEN1961.997.5183PbSn102030405060708090WSn/%100200300400温度/+L+L+L+(+)+(+)+四、共析相图定义：属于共晶型反应。在恒温下不是由液相而是由一定成分的固相同时析出另外两种成分各自一定的新固相。五五、合合金金相相图图与与性性能能的的关关系系1、使使用用性性能能与与相相图图的的关关系系AB强度、硬度强度、硬度AB导电率导电率AB强度、硬度强度、硬度AB导电率导电率AB温度温度b b）共晶相图共晶相图AB温度温度a a）匀晶相图匀晶相图图2-17 合金使用性能与相图的关系 铸铸造造性性能能2、工工艺艺性性能能与与相相图图的的关关系系AB温度温度a a）匀晶相图匀晶相图Fig.2-18 合金铸造性能与相图的关系AB流动性流动性分散AB缩孔性质缩孔性质集中b b）共晶相图共晶相图AB温度温度AB流动性流动性分散缩孔性质缩孔性质集中AB铸造性能与相图的关系铸造性能与相图的关系液固相线之间的距离越宽，液体流动性越差，形成枝晶偏析的倾向越大，分散缩孔越多，铸造性能越差。即：固溶体溶质含量越多，铸造性能越差。共晶成分的合金铸造性能最好。因此铸造合金的成分常选共晶成分或接近共晶成分。压力加工性能压力加工性能单相固溶体塑性变形能力大，变形均匀，压力加工性能好；两相混合物塑性变形能力差，含脆性化合物时，不利于压力加工。热处理性能相图中存在同素异构转变、共析转变、固溶度变化的合金，才能进行热处理。