工程材料—合金的結(jié)晶

1、第二章第二章 金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制第一節(jié)第一節(jié) 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶第二節(jié)第二節(jié) 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶第三節(jié)第三節(jié) 金屬的塑性加工金屬的塑性加工第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理第五節(jié)第五節(jié) 鋼的合金化鋼的合金化12第二節(jié)第二節(jié) 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶2.2.1 2.2.1 二元合金的結(jié)晶二元合金的結(jié)晶2.2.2 2.2.2 合金的性能與相圖的關(guān)系合金的性能與相圖的關(guān)系2.2.3 2.2.3 鐵碳合金的結(jié)晶鐵碳合金的結(jié)晶31.合金相圖的表示方法合金相圖的表示方法2.杠桿定律杠桿定律3.勻晶轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變的平衡凝固過程勻晶轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變的平衡凝固過程4.根據(jù)相圖判斷

2、合金的工藝性能根據(jù)相圖判斷合金的工藝性能本節(jié)重點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn)42.2.1 二元合金的結(jié)晶 純金屬：純金屬：冷卻曲線冷卻曲線，狀態(tài)（相），狀態(tài)（相）溫度、時(shí)間溫度、時(shí)間 合金：合金：相圖相圖，狀態(tài)（相），狀態(tài)（相）溫度、成分溫度、成分l 相圖（狀態(tài)圖、平衡相圖（狀態(tài)圖、平衡圖）圖）：表示合金系中合：表示合金系中合金的狀態(tài)與金的狀態(tài)與溫度、成分溫度、成分間的關(guān)系的圖解。間的關(guān)系的圖解。l 圖中的每一點(diǎn)表示一圖中的每一點(diǎn)表示一定成分的合金在一定定成分的合金在一定溫度時(shí)的穩(wěn)定相狀態(tài)溫度時(shí)的穩(wěn)定相狀態(tài) 5根據(jù)結(jié)晶過程中出現(xiàn)的不同類型的結(jié)晶反應(yīng)，可把結(jié)晶過程根據(jù)結(jié)晶過程中出現(xiàn)的不同類型的結(jié)晶反應(yīng)，可把結(jié)晶過程

3、分為發(fā)生分為發(fā)生勻晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)、共析反應(yīng)勻晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)、共析反應(yīng)的合金的合金的結(jié)晶和的結(jié)晶和含有穩(wěn)定化合物的合金的結(jié)晶含有穩(wěn)定化合物的合金的結(jié)晶等。等。1.勻晶反應(yīng)：勻晶反應(yīng)：由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程。由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程。勻晶相圖及其合金的結(jié)晶過程勻晶相圖及其合金的結(jié)晶過程結(jié)晶過程中，液相成分沿液相線變化，固相成分沿固相線變化。結(jié)晶過程中，液相成分沿液相線變化，固相成分沿固相線變化。6u 杠桿定律杠桿定律12ba1b1c1T1T21. 1. 在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度，兩相的成一確定的溫度，兩相的成分是確定的。分是確定的。2. 2

4、. 隨著溫度的降低，兩隨著溫度的降低，兩相的成分分別沿液相線和相的成分分別沿液相線和固相線變化。固相線變化。杠桿定律：在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)杠桿定律：在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度應(yīng)每一確定的溫度T1，兩相，兩相質(zhì)量的比值是確定的。即質(zhì)量的比值是確定的。即QL/Q =b1c1/a1b1杠桿定律推論：在兩杠桿定律推論：在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度T1時(shí)兩相在合金時(shí)兩相在合金b中的相中的相對(duì)質(zhì)量各為對(duì)質(zhì)量各為QL/QH=b1c1/a1c1Q /QH=a1b1/a1c1=1- QL/QH7acabQQacbcLQQL)(;)(合金合金杠桿定律的適用范圍：杠桿定律的適用范圍：（1）只適用于相圖中的兩相

5、區(qū)；）只適用于相圖中的兩相區(qū)；（2）只能在平衡狀態(tài)下使用）只能在平衡狀態(tài)下使用（3）支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)，兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)，兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩相的成分相的成分例：將例：將20kg純銅與純銅與30kg純鎳熔化后慢冷至如圖溫度純鎳熔化后慢冷至如圖溫度T1,求此時(shí)求此時(shí):1)兩相的成分兩相的成分;8L, 50%Ni; , 80%Ni1:250606080/L%3 .3350805060)(%7 .6650806080)(LkgkgL7 .1650%3 .334 .3350%7 .66重量重量2)兩相的重量比兩相的重量比;3)兩相的相對(duì)重量兩相的相對(duì)重量;4)兩相的重量。兩相

6、的重量。T192. 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)：由液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)固相的反應(yīng)。：由液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)固相的反應(yīng)。 共晶反應(yīng)可寫成：共晶反應(yīng)可寫成：Ld c + e LL+L+12共晶合金組織的形態(tài)共晶合金組織的形態(tài)10亞共晶合金的平衡凝固L L+ 初初 初初+(+) 初初+(+)L析出析出共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)L+初初中析出中析出亞共晶合金組織的形態(tài)亞共晶合金組織的形態(tài)2. 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)11LL+L+123過共晶合金組織的形態(tài)過共晶合金組織的形態(tài)12312342. 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)123.包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)：由一固定成分的液相與一個(gè)固定成分由一固定成分的液相與一個(gè)固定成分的固相作用，生成另一個(gè)成分固定的固

7、相的反應(yīng)。的固相作用，生成另一個(gè)成分固定的固相的反應(yīng)。LC+DP13 共析相圖共析相圖ABT, C + + + cedL + L4. 共析反應(yīng)共析反應(yīng)：由一個(gè)固相同時(shí)結(jié)晶出另外兩個(gè)固相的反應(yīng)。由一個(gè)固相同時(shí)結(jié)晶出另外兩個(gè)固相的反應(yīng)。 共析反應(yīng)可寫成：共析反應(yīng)可寫成：d c + e 1234 (+)L L+ +(+)L中析出中析出共析反應(yīng)共析反應(yīng) +中析出中析出 不斷析出不斷析出 冷卻冷卻中析出中析出1點(diǎn)開始1-2之間2-3之間3點(diǎn)時(shí)3-4之間14 含有穩(wěn)定化合物的相圖含有穩(wěn)定化合物的相圖 5. 含有穩(wěn)定化合物的相圖含有穩(wěn)定化合物的相圖 把穩(wěn)定化把穩(wěn)定化合物看成合物看成是獨(dú)立的是獨(dú)立的組元，將組元，將整個(gè)相圖整個(gè)相圖為分向個(gè)為分向個(gè)簡單相圖。簡單相圖。1根據(jù)相圖判斷合根據(jù)相圖判斷合金金的的物理物理性能性能 2.2.2 2.2.2 合金性能與相圖的關(guān)系合金性能與相圖的關(guān)系2根據(jù)相圖判別合金的工藝性能根據(jù)相圖判別合金的工藝性能 2根據(jù)相圖判別合金的工藝性能根據(jù)相圖判別合金的工藝性能鑄造性能：鑄造性能：共晶點(diǎn)附近的合金共晶點(diǎn)附近的合金熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，易形成集中縮孔，合金致密熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，易形成集中縮孔，合金致密壓力加工性能：壓力加工性能： 單相固溶體單相固溶體固溶體強(qiáng)度低，塑性好，變形均勻固溶體強(qiáng)度低，塑性好，變形均勻熱處理性能：熱處理性能：根據(jù)升溫過程的相變及其