工程材料6.ppt

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1、少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤2023/5/19工程材料工程材料6锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂基本概念基本概念l结结晶晶，一一次次结结晶晶，重重结结晶晶（二二次次结结晶晶，同同素素异异构构转转变）变）l理论结晶温度，实际结晶温度理论结晶温度，实际结晶温度l过冷、过冷度过冷、过冷度影响过冷度的因素：影响过冷度的因素：冷却速度冷却速度、金属本性、金属本性改变改变熔体的熔体的过冷度过冷度即即可改变相变驱动力可改变相变驱动力，控制控制结晶过程的进行。结晶过程的进行。结晶过程：结晶过程：形核、长大形核、

2、长大金属材料组织和性能的控制纯金属的结晶纯金属的结晶锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l同素异构转变（同素异构转变（重结晶重结晶）金金属属在在固固态态下下随随温温度度的的改改变变，由由一一种种晶晶格格转转变变为另一种晶格的现象；为另一种晶格的现象；如：铁、钴、钛如：铁、钴、钛l同素异构晶体同素异构晶体 同同属属于于一一种种金金属属，但但具具有有不不同同晶晶体体结结构构的的晶晶体；体；如如Fe、Fe、FeFe纯金属的结晶纯金属的结晶同素异构转变同素异构转变锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂金金属属的的同同素素异异构构转转

3、变变-Fe -Fe -Fe1394 912 锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂纯金属的结晶同素异构转变纯金属的结晶同素异构转变锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂纯金属的结晶同素异构转变纯金属的结晶同素异构转变固态相变的晶界形核锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l同素异构转变的同素异构转变的特点特点l有过冷现象，有有过冷现象，有固定固定的转变温度的转变温度l新晶体的形成也包括新晶体的形成也包括形核形核和和长大长大两个过程；两个过程；l要要较大的过冷度较大的过冷度；l转变时引起体积发生

4、变化，产生较大的内应力转变时引起体积发生变化，产生较大的内应力纯金属的结晶同素异构转变纯金属的结晶同素异构转变锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l铸锭结构铸锭结构 铸锭结构铸锭结构不均匀不均匀;主要分三个主要分三个典型晶区典型晶区：l细等轴晶区细等轴晶区 在在金金属属的的表表层层形形成成的的一一层层厚厚度度不不大大、晶晶粒粒很很细细、三维方向三维方向尺寸相近尺寸相近的区域；的区域；原原因因：由由于于外外层层金金属属的的过过冷冷度度大大，模模壁壁具具有有自自发发形核的作用，因而导致生成的晶核多；形核的作用，因而导致生成的晶核多；纯金属的结晶铸锭的结构纯金属的

5、结晶铸锭的结构锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂柱状晶区柱状晶区 表层细晶粒层形成后，铸锭的冷却速度下降，表层细晶粒层形成后，铸锭的冷却速度下降，晶核的形成速率不如成长率大，各晶粒成长较晶核的形成速率不如成长率大，各晶粒成长较快。由于沿垂直于模壁方向散热较快，故晶粒快。由于沿垂直于模壁方向散热较快，故晶粒编沿这一方向长大，形成柱状晶粒层。编沿这一方向长大，形成柱状晶粒层。纯金属的结晶铸锭的结构纯金属的结晶铸锭的结构锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂柱状晶区柱状晶区 尽管柱状晶尽管柱状晶晶质致密晶质致密，但在柱状晶的，但

6、在柱状晶的接触面接触面由于杂质的存在而成为由于杂质的存在而成为弱面弱面，在热轧、锻造时，在热轧、锻造时容易开裂。容易开裂。对对高熔点和杂质多的金属高熔点和杂质多的金属（如铁、镍及其（如铁、镍及其合金），应合金），应控制控制柱状晶的生成；柱状晶的生成；柱状晶的性能具有方向性，沿其长轴方向强柱状晶的性能具有方向性，沿其长轴方向强度较高。对于承受单向载荷的构件，可采用柱度较高。对于承受单向载荷的构件，可采用柱状晶结构；状晶结构；纯金属的结晶铸锭的结构纯金属的结晶铸锭的结构锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂粗等轴晶区粗等轴晶区 随随着着柱柱状状晶晶区区的的发发展展

7、，过过冷冷度度大大大大减减小小，温温度度趋趋于于均均匀匀化化，同同时时散散热热的的方方向向性性已已不不明明显显，内内部部液液体体处处于于均均匀匀冷冷却却状状态态，晶晶核核在在不不同同方方向向的的成成长长速速度度相相同同，因因此此在在铸铸锭锭的的中中心心便便形形成成粗粗大大的的等轴晶粒区等轴晶粒区。注意：注意：等轴晶没有弱面，性能均匀，无方向性等轴晶没有弱面，性能均匀，无方向性.纯金属的结晶铸锭的结构纯金属的结晶铸锭的结构锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂金属铸锭的组织金属铸锭的组织1 1细晶区细晶区 2 2柱状晶区柱状晶区 3 3中心等轴晶区中心等轴晶区锲

8、而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l表表面面细细晶晶粒粒层层：综综合合性性能好能好l柱状晶粒层：柱状晶粒层：各向异性各向异性l中心粗大等轴晶粒层：中心粗大等轴晶粒层：高温性能好高温性能好锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l影响影响铸锭铸锭晶粒形状晶粒形状的的因素因素l在在铸铸锭锭上上保保持持较较大大的的温温度度梯梯度度（如如加加热热温温度度高高，冷冷却却速速度度大大，铸铸造造温温度度高高，浇浇注注速速度度大大），可可获获得得较较发发达达的的柱柱状状晶晶；结结晶晶时时单单向向散散热热，也也有有利于柱状晶的形成；利于柱状晶的

9、形成；l保保证证铸铸件件截截面面温温度度的的均均匀匀性性（如如铸铸造造温温度度低低，冷却速度小等）能够促进等轴晶的形成；冷却速度小等）能够促进等轴晶的形成；此此外外，通通过过机机械械振振动动、电电磁磁搅搅拌拌等等方方法法可可破破坏柱状晶，有利于等轴晶的形成；坏柱状晶，有利于等轴晶的形成；纯金属的结晶铸锭的结构纯金属的结晶铸锭的结构锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂 铸造缺陷主要有：缩孔、疏松、气孔铸造缺陷主要有：缩孔、疏松、气孔l缩孔缩孔 由液体凝固时由液体凝固时体积收缩体积收缩造成的。如果最后凝固造成的。如果最后凝固的地方液体得不到补充，即可形成缩孔；的

10、地方液体得不到补充，即可形成缩孔；l疏松（分散缩孔）疏松（分散缩孔）结晶时不能保证液体的补给，在枝晶间和枝晶内结晶时不能保证液体的补给，在枝晶间和枝晶内形成的细小分散的缩孔。形成的细小分散的缩孔。在热轧过程中疏松可以闭合在热轧过程中疏松可以闭合纯金属的结晶铸锭的缺陷纯金属的结晶铸锭的缺陷锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂气孔气孔 气气体体来来不不及及逸逸出出，留留在在金金属属内内部部，形成气孔；形成气孔；轧轧制制中中气气孔孔可可引引起起裂裂纹纹等等缺缺陷陷，故应严格控制。故应严格控制。纯金属的结晶铸锭的缺陷纯金属的结晶铸锭的缺陷锲而不舍，金石可镂锲而不舍，

11、金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l工程应用：工程应用：l细化铸铁金属晶粒细化铸铁金属晶粒l定向结晶定向结晶l制取单晶制取单晶纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂细化晶粒细化晶粒基本定义基本定义 晶粒度晶粒度:用于描述晶粒大小的参数用于描述晶粒大小的参数用于描述晶粒大小的参数用于描述晶粒大小的参数;常用的常用的常用的常用的表示方法表示方法表示方法表示方法：单位体积的晶粒数目（：单位体积的晶粒数目（：单位体积的晶粒数目（：单位体积的晶粒数目（ZVZV）；）；）；）；或单位面积内的晶粒数目（或

12、单位面积内的晶粒数目（或单位面积内的晶粒数目（或单位面积内的晶粒数目（ZSZS）或晶粒的平均）或晶粒的平均）或晶粒的平均）或晶粒的平均线长度（或直径）表示线长度（或直径）表示线长度（或直径）表示线长度（或直径）表示;纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂 工业生产上采用工业生产上采用晶粒度等级晶粒度等级来表示晶来表示晶粒大小。标准晶粒度共分粒大小。标准晶粒度共分8 8级，级，1-41-4级为粗级为粗晶粒，晶粒，5-85-8级为细晶粒。级为细晶粒。一般晶粒度越大，也就是越细越好，一般晶粒度越大，也就是越

13、细越好，其原因主要为以下两条：其原因主要为以下两条：纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂 晶粒粗细决定了晶界面积的大小。晶粒粗细决定了晶界面积的大小。晶晶粒粒细细小小，金金属属材材料料总总晶晶界界面面积积增增加加。晶晶粒粒愈愈细细，晶晶界界愈愈多多，位位错错运运动动困困难难，则则金金属属材材料料的强度和硬度显著提高。的强度和硬度显著提高。纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 当当晶晶粒粒细细小小时时，同

14、同一一位位向向的的晶晶粒粒数数目目增增加加，在在外外力力作作用用下下，变变形形的的晶晶粒粒也也多多，可可使使应应力力分分散散，变变形形均均匀匀，并并使使得得金金属属具具有有较较好好的的塑塑性性和和韧韧性性，所所以以晶晶粒粒细细化化不不仅仅是是提提高高金金属属强强度度、硬硬度度，而而又又是是提提高高塑塑性性和和韧韧性性的的重重要要途途径径。纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂纯铁晶粒度与力学性能的关系纯铁晶粒度与力学性能的关系晶粒度晶粒度(晶粒数晶粒数/mm2)b(N/mm2)s(N/mm2)()6.

15、32374635.3512747044.819429410847.54 金属的结晶锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂细晶强化细晶强化：通通过过细细化化晶晶粒粒的的方方法法，提提高高材材料料的的强强度度、塑塑性性和和韧韧性等机械性能，这是一种性等机械性能，这是一种重要的材料强化途径重要的材料强化途径。措施措施：l增大金属的过冷度增大金属的过冷度 主要取决于液态金属的主要取决于液态金属的冷却速度冷却速度。通通过过采采用用冷冷却却能能力力强强的的模模子子，提提高高液液体体金金属属冷冷却却速速度度：采采用用金金属属型型铸铸造造，增增大大铸铸件件的的冷冷却却速速度度

16、。铸铸件件壁壁厚厚设设计计适适当当，薄薄壁壁铸铸件件可可提提高高冷冷却却速速度度，细细化化晶晶粒。粒。纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l过冷度的影响锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂 过过冷冷度度增增大大，FF大大，结结晶晶驱驱动动力力大大，形形核核率率和和长长大大速速度度都都大大，且且N N的的增增加加比比G G增增加加得得快快，提提高高了了N N与与G G的比值，晶粒变细。的比值，晶粒变细。l金属在结晶后的晶粒粗细与（金属在结晶后的晶粒粗细与（金属在结晶

17、后的晶粒粗细与（金属在结晶后的晶粒粗细与（N/GN/G）有关）有关）有关）有关（N/GN/G）越大）越大）越大）越大 晶粒越细晶粒越细晶粒越细晶粒越细（N/GN/G）越小）越小）越小）越小 晶粒越粗晶粒越粗晶粒越粗晶粒越粗 纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂 但但过过冷冷度度过过大大，对对晶晶粒粒细细化化不不利利，结结晶晶发发生生困困难。难。不不仅仅如如此此，过过冷冷度度过过大大导导致致冷冷却却速速度度过过大大，会会使使金金属属中中内内应应力力增增大大，造造成成铸铸件件的的变变形形和和裂裂纹纹等等

18、缺陷，生产中常采用其他细化晶粒的方法。缺陷，生产中常采用其他细化晶粒的方法。纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂措施：措施：l变质处理变质处理（工程上常用）（工程上常用）在在液液体体金金属属中中加加入入孕孕育育剂剂或或变变质质剂剂，增增加加非非自自发发形形核核的的数数量量或或者者阻阻碍碍晶晶核核长长大大，以以细细化化晶晶粒和改善组织。粒和改善组织。如如在在钢钢水水中中加加入入钛钛、钒钒、铝铝等等可可增增加加形形核核数数量，细化晶粒。量，细化晶粒。纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不

19、舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用 此外还可加入某些合金元素或盐类，可以降低此外还可加入某些合金元素或盐类，可以降低固相界面的表面能或附着在晶体的结晶前缘，固相界面的表面能或附着在晶体的结晶前缘，阻碍阻碍晶粒长大晶粒长大，也可获得细晶组织；在铝合金液体中加，也可获得细晶组织；在铝合金液体中加入钛、锆；在铝硅合金中加入钠盐等，都可达到细入钛、锆；在铝硅合金中加入钠盐等，都可达到细化晶粒的目的。化晶粒的目的。锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂措施：措施：l振动振动 在金属结晶过程中采用机

20、械振动、超声振动在金属结晶过程中采用机械振动、超声振动等，以破碎晶体，获得更多的晶核，细化晶粒。等，以破碎晶体，获得更多的晶核，细化晶粒。l电磁搅拌电磁搅拌 将正在结晶的金属放入交变电磁场中，由于将正在结晶的金属放入交变电磁场中，由于电磁感应，液态金属会翻滚，从而破坏正在结电磁感应，液态金属会翻滚，从而破坏正在结晶的树枝状晶体的枝晶，增加形核数目，细化晶的树枝状晶体的枝晶，增加形核数目，细化晶粒。晶粒。纯金属的结晶结晶理论的工程应用纯金属的结晶结晶理论的工程应用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第四讲第四讲第四讲第四讲 金属的结晶金属的结晶金属的结晶金属的

21、结晶l重点重点结晶的必要充分条件结晶的必要充分条件过冷度过冷度过冷度与冷却速度有关过冷度与冷却速度有关结晶的过程结晶的过程形核、核长大形核、核长大晶粒的控制晶粒的控制方法方法作用作用锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂二元合金的结晶二元合金的结晶 基本定义基本定义l合金系合金系 由由给给定定的的两两个个或或两两个个以以上上的的组组元元按按不不同同的的比比例例配配制制一一系系列列不不同同成成分分的的合合金金，这这些些合合金金称称为为一一个个合合金金系系。由由两两个个组组元元形形成成的的合合金金系系称称为为二二元元合合金金系系，由由三三个个组组元元形形成成的的合

22、合金金系系称称为为三三元元合合金金系系，如此类推。如此类推。锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂二元合金的结晶二元合金的结晶 合金的结晶过程采用合金的结晶过程采用合金相图合金相图进行分析进行分析l相图：相图：表表明明合合金金系系中中各各种种合合金金相相的的平平衡衡条条件件和和相相与与相相之之间间关关系系的的一一种种简简明明示示图图，又又称称平平衡衡图图或或状状态态图图；相相图图表表示示合合金金在在缓缓慢慢冷冷却却条条件件下下平平衡衡相相与与成成分分、温温度度之之间间关关系系的的图图形形，它它是是研研制制新新材材料料，制制定定合合金金的的熔熔炼炼、铸铸造造、压

23、压力力加加工工和和热热处处理理工工艺艺以以及及进进行金相分析的重要依据。行金相分析的重要依据。锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂二元合金的结晶二元合金的结晶l平衡相、平衡组织平衡相、平衡组织 如如果果合合金金在在某某一一温温度度停停留留任任意意长长的的时时间间，合合金金中中各各相相的的成成分分是是均均匀匀的的和和不不变变的的，各各相相的的相相对对质质量量也也不不变变，该该合合金金处处于于相相平平衡衡状状态态，此此时时合合金金中中的的各各相相称称为为平平衡衡相相，由由这这些些平平衡衡相相所所构构成的成的组织组织称为平衡组织。称为平衡组织。相相平平衡衡是是合合

24、金金的的自自由由能能处处于于最最低低的的状状态态，也也就就是是合合金金最最稳稳定定的的状状态态。合合金金总总是是力力图图通通过过原子扩散趋于稳定状态。原子扩散趋于稳定状态。锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂二元合金的结晶二元合金的结晶l平衡结晶平衡结晶 如如果果合合金金在在其其结结晶晶过过程程中中或或相相变变过过程程中中的的冷冷却却速速度度非非常常缓缓慢慢，由由于于其其原原子子有有充充分分的的时时间间进进行行扩扩散散，所所以以合合金金中中的的各各相相将将近近似似处处于于平平衡衡状状态态，这这种种冷冷却却方方式式称称为为平平衡衡冷冷却却，这这种种处处于于相相

25、平平衡衡状状态态的的结结晶晶或或相相变变方方式式称称为为平平衡结晶。衡结晶。l相变相变 材料中相与相之间的转变。材料中相与相之间的转变。相相变变常常赋赋予予材材料料以以技技术术上上有有用用的的形形态态、微微观观结结构构和和性性能能，常常用用工工程程材材料料中中金金属属与与合合金金的的高高强强度度正正是是依依赖赖于于其其通过一次或多次相变形成的多相结构。通过一次或多次相变形成的多相结构。锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂 常常压压下下，二二元元合合金金的的相相状状态态决决定定于于温温度度和和成成分分，故故二二元元合合金金相相图图可可用用温温度度成分成分坐标系

26、的平面图表示。坐标系的平面图表示。相相图图是是通通过过实实验验，采采用用热热分分析析方方法法建建立的。立的。二元合金的结晶二元合金的结晶锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂 以以CuCuNiNi合合金金为为例例，说说明明采采用用热热分分析析法法建立相图的具体步骤：建立相图的具体步骤：二元合金的结晶二元合金的结晶锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂建立相图的具体步骤建立相图的具体步骤:二元合金的结晶二元合金的结晶锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂建立相图的具体步骤建立相图的具体步骤:二元

27、合金的结晶二元合金的结晶锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂建立相图的具体步骤建立相图的具体步骤:二元合金的结晶二元合金的结晶锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂图图图图2-21 2-21 用热分析法建立合金相图用热分析法建立合金相图用热分析法建立合金相图用热分析法建立合金相图返回返回锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂 根根据据结结晶晶过过程程中中出出现现的的不不同同类类型型的的结结晶反应晶反应，二元合金相图可分为以下类型：二元合金相图可分为以下类型：l 匀晶匀晶相图相图l 共晶共晶相

28、图相图l 包晶相图包晶相图l 共析共析相图相图l 含有稳定化合物相图含有稳定化合物相图二元合金的结晶二元合金的结晶锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 匀晶相图匀晶相图 两两组组元元在在液液态态和和固固态态均均能能无无限限互互溶溶时时构构成成的的相图称为匀晶相图。相图称为匀晶相图。CuCuAuAu、AuAuAgAg、CuCuNiNi等等合合金金都都是是形形成成这这类类相相图图。在在这这类类合合金金中中，结结晶晶时时都都是是由由液液相相结结晶出晶出单相固溶体单相固溶体，这种结晶过程称为，这种结晶过程称为匀晶转变匀晶转变。二元合金的结晶匀晶相图二元合金的结晶匀

29、晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l以以CuCuNiNi合金相图为例的匀晶合金相图为例的匀晶相图分析相图分析 两两线线三三相区相区(两个单相区，一个双相区两个单相区，一个双相区)二元合金结晶匀晶相图二元合金结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l以以CuCuNiNi合金相图为例的匀晶合金相图为例的匀晶相图分析相图分析 两两线线三三相区相区(两个单相区，一个双相区两个单相区，一个双相区)二元合金结晶匀晶相图二元合金结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l以以Cu

30、CuNiNi合金相图为例的匀晶合金相图为例的匀晶相图分析相图分析 两两线线三三相区相区二元合金结晶匀晶相图二元合金结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 合金平衡结晶过程分析合金平衡结晶过程分析 缓慢冷却至缓慢冷却至-之间时，发生匀晶反应：之间时，发生匀晶反应：二元合金的结晶匀晶相图二元合金的结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 匀晶结晶的特点匀晶结晶的特点固固溶溶体体结结晶晶包包括括形形核核、长长大大两两个个过过程程，且且呈呈树树枝枝状状长大；长大；固溶体结晶在一个温度区间进行，是固溶体结晶在一

31、个温度区间进行，是变温结晶变温结晶过程；过程；两相区内，温度一定时，液固两相的两相区内，温度一定时，液固两相的成分成分是是确定确定的；的；液液、固固线线还还表表示示合合金金在在缓缓慢慢冷冷却却条条件件下下，当当液液、固固两两相相平平衡衡共共存存时时，液液、固固相相的的化化学学成成分分随随温温度度变变化的规律。化的规律。两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定的。两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定的。二元合金的结晶匀晶相图二元合金的结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 杠杆定律杠杆定律杠杠杆杆定定律律表表明明：合合金金两两平平衡衡相相的的质

32、质量量分分数数比比等等于于该该两两相成分点到合金成分点距离的相成分点到合金成分点距离的反比反比。杠杠杆杆定定律律只只适适用用于于相相图图中中的的两两相相区区，且且只只能能在在平平衡衡状状态态下使用。下使用。缓慢冷却至缓慢冷却至-之间时，发生匀晶反应：之间时，发生匀晶反应：二元合金的结晶匀晶相图二元合金的结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 枝晶偏析枝晶偏析 二二元元合合金金（固固溶溶体体）结结晶晶时时成成分分是是变变化化的的，缓缓慢慢冷冷却却得得到的是到的是成分均匀成分均匀的固溶体；的固溶体；在在实实际际生生产产条条件件下下，由由于于合合金金在

33、在结结晶晶过过程程中中冷冷却却速速度度一一般般较较快快，且且在在固固态态下下原原子子扩扩散散又又很很困困难难，致致使使固固溶溶体体内内部部的的原原子子扩扩散散来来不不及及充充分分进进行行，由由于于固固溶溶体体结结晶晶按按树树枝枝状状方方式式长长大大，因因此此先先结结晶晶的的树树枝枝晶晶轴轴含含高高熔熔点点组组元元（如如NiNi成成分分）较较多多，后后结结晶晶的的树树枝枝晶晶枝枝干干含含高高熔熔点点组组元元较较少少。结结果果造造成成固固溶溶体体一一个个晶晶粒粒内内的的化化学学成成分分分分布布也也不不均均匀匀，呈呈树树枝枝状状分分布布，这这种种现现象象称称为为“枝枝晶偏析晶偏析”或或“成分偏析成分

34、偏析”。二元合金的结晶匀晶相图二元合金的结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 枝晶偏析枝晶偏析 下下图图为为耐耐热热合合金金的的枝枝晶晶偏偏析析，采采用用电电子子探探针针进进行行成成分分分分析，更是一目了然；析，更是一目了然；二元合金的结晶匀晶相图二元合金的结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 枝晶偏析枝晶偏析 枝枝晶晶偏偏析析对对合合金金的的性性能能有有很很大大影影响响，严严重重的的成成分分偏偏析析会会使使金金属属的的力力学学性性能能下下降降，特特别别是是使使塑塑性性和和韧韧性性显显著著降降低

35、低，甚甚至至不不宜宜进进行行压压力力加加工工，耐耐蚀蚀性也降低性也降低；为为消消除除或或减减轻轻枝枝晶晶偏偏析析，工工程程上上广广泛泛采采用用均均匀匀化化退退火火的的热热处处理理方方法法：把把合合金金加加热热到到低低于于固固相相线线100-200100-200的的高高温温，进进行行长长时时间间保保温温，使使偏偏析析的的原原子充分扩散，达到成分均匀化的目的。子充分扩散，达到成分均匀化的目的。二元合金的结晶匀晶相图二元合金的结晶匀晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 共晶相图共晶相图 两两组组元元在在液液态态时时无无限限互互溶溶，在在固固态态时时有有限限

36、互溶互溶并发生形成共晶组织的二元系相图并发生形成共晶组织的二元系相图；具具有有这这类类相相图图的的合合金金系系有有PbPbSnSn、PbPbSbSb、AlAlSiSi、AgAgCuCu等等，在在FeFeC C、AlAlMgMg、MgMgSiSi等相图中也包含共晶部分。等相图中也包含共晶部分。二元合金的结晶共晶相图二元合金的结晶共晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 共晶相图共晶相图 共共晶晶相相图图有有条条线线，种种相相，个个单单相相区区，个双相区个双相区 二元合金的结晶共晶相图二元合金的结晶共晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 共晶相图共晶相图 共共晶晶相相图图有有条条线线，种种相相，个个单单相相区区，个双相区个双相区 二元合金的结晶共晶相图二元合金的结晶共晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 共晶相图共晶相图 共共晶晶相相图图有有条条线线，种种相相，个个单单相相区区，个双相区个双相区 二元合金的结晶共晶相图二元合金的结晶共晶相图锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂l 共晶相图共晶相图 共共晶晶相相图图有有条条线线，种种相相，个个单单相相区区，个双相区个双相区 二元合金的结晶共晶相图二元合金的结晶共晶相图