实验四 课堂 范丽珍 二元三元.ppt

实验四金属及合金凝固组织的观察和分析 一 实验目的1 了解纯金属铸锭粗型组织的一般特点 2 结合相图了解几种类型二元合金 三元合金的结晶过程及结晶后的组织 3 通过实验加深对课程中 凝固 相图 两章的认识 了解实际组织与组织示意图的关系 达到对本章一个总结的目的 掌握金相组织分析方法 凝固是形核和长大的过程 凝固后 固态金属是多晶体 不同的金属在不同的结晶条件下所得到的晶粒大小 形状 分布 晶体学取向 相的成分以及相对量不同 形成各种各样的组织 从而导致千差万别的性能 1 金属结晶的一般规律 二 相关原理 单相 双相两相交替球桥接 形核 自发形形核 均匀形核 核心不依附于任何靠背自发形成 形核势垒很大 要过冷到很低的温度才结晶 非自发形形核 非均匀形核 核心依附于液体内存在的杂质或容器表面形成 形核势垒大大降低 最大过冷度仅为约1K 晶核的长大 控制其生长过程的因素是 材料本身性质 金属 非金属特征 和凝固条件 冷速和温度梯度 金属常长成枝晶状 非金属长成光滑多边形状 促进非均匀形核的方法 低的浇注温度有利于保存游离晶体 防止它们重新熔化 对液体金属施加搅拌和振动 可帮助枝晶的熔断 破碎 增加游离细晶的数目 加入形核剂 固溶体的平衡凝固和非平衡凝固 非平衡凝固导致成分不均匀 T0 100 成分C0的液体 T1 几乎100 成分为C1L的液体及极少量成分为C1 的 相 T2 成分为C2L液体及外层成分为C2 中心成分为C1 平均成分为C2 的 相 T3 成分为C3L液体及外层成分为C3 向内成分过渡到中心成分为C3 的 相 T5 100 的 相 外层成分为C5 成分向内成分过渡到中心成分C1 平均成分为C0 匀晶反应 由液相结晶出单相固溶体的过程 1 2 3 氯化铜氨水溶液 25 Ni 75 Cu 铸造 黑 白哪个是枝晶 白的 黑的 过冷导致凝固过程中偏离平衡态的组织枝晶上和枝晶间成分不同 铸造 将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里 经冷却凝固 清整处理后得到有预定形状 尺寸和性能的铸件 零件或毛坯 的工艺过程 树枝晶的形成 Cu Co合金 150 纯金属 负温度梯度固溶体 负温度梯度或者组分过冷 20 过硫酸銨 25 Ni 75 Cu 退火 退火 把合金加热到适当温度 保温一定时间 然后缓慢冷却 让他们扩散 以获得平衡组织的热处理工艺 晶粒形状 尺寸 枝晶 共晶反应 液相在恒温下同时结晶出两个固相的转变 La 共晶合金Pb Sn tA tB E M N LEaM N tE F G 共晶合金 含61 9 Sn tA tB F G 亚共晶合金 E LEaM N tE M N tA tB F G 1 2 a初 a II 过共晶合金 E LEaM N tE M N tA tB F G 1 2 初 a aII 4 硝酸酒精 38 1 Pb 61 9 Sn共晶 共晶两相的形态 共晶团大小 片间距的变化 如何确定a b 20 Pb 80 Sn过共晶 初 a aII 枝晶 70 Pb 30 Sn亚共晶 白颗粒 枝晶 a初 a II 离异共晶生成的 相与原来的 相结合在一起 包晶反应 一个液相与一个固相在恒温下生成另一个固相的转变 包晶合金的凝固 C0 包晶反应两相的比例Ab AL C0CP CbC0 C1 按包晶反应两相比例反应生成a相外 还有液相剩余 包晶转变后 相有剩余 生成的a相包在 相周围 包晶转变后 液相有剩余 最终 a II 温度下降 剩余液相发生匀晶反应 最终 a 温度继续下降 a中析出 II 中析出aII 最终 a II aII 包晶合金Sn Sb HNO3 HCl 1 1 80 Sn 20 Sb 相 Sn II 离异组织 不要求 三元合金 投影图应用例子 Sn和Cd在Bi中没有溶解度 Sn和Bi在Cd中没有溶解度 E1 138 5 L Bi Sn E2 145 5 L Bi Cd E3 177 L Cd Sn ET 104 x x成分合金从液态冷却 在150 175 之间开始凝固 L Bi a 在125 150 之间进入三相区 共晶前结晶出的Bi相对量为 ABi xa Bia 100 29 8 b 在104 发生四相反应 L Bi Cd Sn 三相共晶的相对量为 AET bx bET 100 37 两相共晶的量为 AE2 1 AET ABi 33 2 y y成分合金从液态冷却 在稍低于125 开始凝固 L Cd 在104 直接到达四相区 发生L Bi Cd Sn反应 三相共晶的相对量为AET ETy yET 100 94 3 ACd 1 AET 5 7 三元共晶合金Bi Sn Pb I 51 Bi 32 Pb 17 SnII 58 Bi 16 Pb 26 SnIII 65 Bi 10 Pb 25 Sn III 65 Bi 10 Pb 25 Sn 先共晶相 二元共晶 三元共晶 II 58 Bi 16 Pb 26 Sn 二元共晶 三元共晶 I I 51 Bi 32 Pb 17 Sn 三元共晶 铸锭凝固组织 铸锭的宏观组织 2 柱状晶区 平行于热流方向排列的柱状晶晶区 晶体起源于激冷区 激冷区中的晶体向液相中生长时 因为晶体的成长速度是各向异性的 只有最大生长速度方向 晶向 平行于散热方向的晶体生长迅速 并挤压相邻晶体阻止它们的生长 这样形成了柱状晶区 3 在铸锭中心的较粗大的随机取向等轴晶粒的等轴晶区 这3个晶区的相对厚度 或有无 取决于铸锭的成分及凝固条件 铸型 使液态金属成为固态铸件的容器 1 激冷区 随机取向的等轴细晶的细晶区 金属溶液浇入铸型后 与冷的型壁接触的薄层溶液会产生强烈的过冷并依附于模壁产生大量的晶核 晶核迅速生长 对于纯金属 型壁上生成的晶体沿模壁长大直至互相接触为止 形成固体壳层 有利于柱状晶区发展的因素有 快的冷却速度高的浇注温度方向性的散热有利于等轴晶区的因素有 慢的冷却速度低的浇注温度均匀散热变质处理 加入形核剂 应用物理方法 机械振动 超声波 磁搅拌 纯铝铸锭粗型组织观察外界条件的影响 铸模材料 金属模 砂模 模壁厚度 浇铸温度 4为参照 1 铸模材料的影响 2 铸模温度的影响 3 浇铸温度的影响 5 模壁厚度的影响 I 砂模 IV 680 C浇铸 III 780 C浇铸 三 实验设备及样品1 光学显微镜 2 标准样品 铝锭 显微组织分析样品 四 实验内容 纯铝铸锭粗型组织观察外界条件的影响 铸模材料 金属模 砂模 模壁厚度 浇铸温度 4为参照 1 铸模材料的影响 2 铸模温度的影响 3 浇铸温度的影响 5 模壁厚度的影响 1 匀晶类型样品 a 25 Ni 75 Cu 铸造 退火 2 共晶类型样品 a 70 Pb 30 Sn b 38 1 Pb 61 9 Sn c 20 Pb 80 Sn 铸造 3 包晶类型样品 a 80 Sn 20 Sb b 35 Sn 65 Sb 4 三元合金显微组织的观察样品 a 51 Bi 32 Pb 17 Sn b 58 Bi 16 Pb 26 Sn c