第-三章金属熔体全部

1、第一节第一节 熔铁及其合金的结构熔铁及其合金的结构了解内容自学：了解内容自学：识记点：铁原子半径为识记点：铁原子半径为1.2810-10m，在，在912出出现现FeFe的晶型转变，的晶型转变，1394 出现出现FeFe的晶型转变。的晶型转变。Fe和和Fe是体心立方晶格，配位数是体心立方晶格，配位数为为8，Fe是面心立方晶格，配位数为是面心立方晶格，配位数为12，Fe的密的密度比度比Fe的大。的大。其他组分的存在而改变。如图所示：在其他组分的存在而改变。如图所示：在FeCFeC系内，系内，Si Si能提高能提高C C的活度，而的活度，而CrCr则则降低降低C C的活度。的活度。相互作用系数的引入

2、相互作用系数的引入设铁液内除所求活度系数的第设铁液内除所求活度系数的第2 2组分组分B B外，尚有其它组分外，尚有其它组分B B2 2，B B3 3，BBn n等存在时，它们的浓度分别用等存在时，它们的浓度分别用 表示，组分表示，组分B B的的活度系数在恒温、恒压下是其自身及其它组分浓度的函数，用活度系数在恒温、恒压下是其自身及其它组分浓度的函数，用 表示。那么对于函数表示。那么对于函数: : 的泰勒展开式为：的泰勒展开式为： nxxx,.,32),.,(32BBnxxxx.)lnln2ln(! 21)ln.lnlnln(ln),.,(ln23B22332B23222B222B3B32B2BB

3、B0B32BBxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxnnn),.,(lnln32BBnxxxx) 1,.,0, 0, 0(A32Bxxxxnxxxx,.,32B0Bln0B),.,(ln32BBnxxxx.)lnln2ln(! 21)ln.lnlnln(ln),.,(ln23B22332B23222B222B3B32B2BBB0B32BBxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxnnn对于函数对于函数 其泰勒展开式只保留二其泰勒展开式只保留二阶导数项，并定义：阶导数项，并定义： 一级相互作用系数为：一级相互作用系数为：二级作用系数为：二级作用系数为：二级交叉相互作用系数为：二级交叉相互作用系数

4、为：),.,(lnln32BBnxxxx1KBKBAlnxx12B2KBAKln21xx)KJ (1KJ2KJ,BAlnxBxxKJ3KJ,B1222KBK2KBBBB0BKlnlnxxxxxnKnJnKnKBK2KBBBB0BlnlnxxnKBKB1KBKBA)/ln(xxK2KBBBB0BlnlnxxnKBKKB33B22BBBB0B.lnlnxxxxBKB3B2BBB0BBln.lnlnlnlnlnKB3B2BBB0BB. K2KBBBB0BBlnlnxxnKK.32BlgKB3B2BBBBeeeefKB3B2BBBBlg.lglglglgfffffKB3B2BBBB. . fffff

5、KBe%100BKBAK/lgfe029. 0,026. 0,11. 0,063. 0,028. 0PSMnSCSSiSSSeeeeePMnCSiSlgPSMnSCSSiSSSSeeeeef相互作用系数如何确定？相互作用系数如何确定？附录附录7（P318）给出了溶于铁液中）给出了溶于铁液中1600时各元时各元素的素的 。应用该表读取相互作用系数时，应注意：应用该表读取相互作用系数时，应注意：一、溶剂为铁液；一、溶剂为铁液；二、元素二、元素B和和K不要混淆；不要混淆；三、给出的是三、给出的是1873K时的值。时的值。KBe相互作用系数的温度关系式相互作用系数的温度关系式一般文献公布的一般文献公布

6、的 多是温度多是温度1873K1873K的值，如给定温度的值，如给定温度与之相差较远时，则应对文献值进行修正。与之相差较远时，则应对文献值进行修正。按正规溶液的热力学可得到相互作用系数的温度关按正规溶液的热力学可得到相互作用系数的温度关系式为：系式为：KBeKB(1873K)KB(T)1873eTe 按准正规溶液模型可推得：按准正规溶液模型可推得： 通用的关系式为：通用的关系式为： 。利用不同温度测定的利用不同温度测定的 作图作图，可得出，可得出A、B常数值。如表常数值。如表3-8。相互作用系数的温度关系式（相互作用系数的温度关系式（2 2）KB(1873K)KB(T)355. 02538(e

7、TeBTAeKB(T)Te1KB(T)对相互作用系数的测定方法相互作用系数的测定方法从从 的定义式的定义式 可以看出可以看出 是是Fe-B-K三元系内的独立值，在多元系中其它组分的浓度三元系内的独立值，在多元系中其它组分的浓度不影响不影响K对对B的作用，因此多元系内的一级相互作用系数可的作用，因此多元系内的一级相互作用系数可由三元系的实验方法测定。由三元系的实验方法测定。测定方法有同一活度法测定方法有同一活度法(溶解度法溶解度法)和同一浓度法和同一浓度法(化学化学平衡法平衡法)。KBe%100BKBAK/lgfeKBe同一活度法（溶解度法）同一活度法（溶解度法）当元素在溶剂如铁液中溶解有限，形

8、成饱和溶液时，当元素在溶剂如铁液中溶解有限，形成饱和溶液时，加入第加入第3组分，则其溶解度就要改变，但其活度不变，因组分，则其溶解度就要改变，但其活度不变，因为第为第3组分引起它的活度系数发生了变化。因此组分引起它的活度系数发生了变化。因此B=B饱饱，而溶液达到平衡时，而溶液达到平衡时，K=aB。在相同的温度及标准态下，。在相同的温度及标准态下，两系的两系的K相同，活度也相同，故相同，活度也相同，故于是于是K-BFeKBBBBFeBBBBfffK-BFeBFeKBB/Bf注意：式中注意：式中 分别为分别为Fe-BFe-B系和系和Fe-B-KFe-B-K系内系内B B的溶解度。由于此法是根据二元

9、系及三的溶解度。由于此法是根据二元系及三元系中组分元系中组分B B的活度相同导出的，所以称为同一活的活度相同导出的，所以称为同一活度法。度法。 K-BFeBFeBB和同一浓度法（化学平衡法）同一浓度法（化学平衡法）方法要点如下：方法要点如下：铁液内溶解了一定量的组分铁液内溶解了一定量的组分B B的条件下，加入不同量的的条件下，加入不同量的第三组分第三组分K K时，由化学反应的平衡常数，求得组分时，由化学反应的平衡常数，求得组分B B的活度系的活度系数数 f fB B 。对三元系。对三元系Fe-B-KFe-B-K，可得出，可得出 ，再以，再以 作图，由直线的斜率和截距得出作图，由直线的斜率和截距

10、得出 和和 。 由于此法中的由于此法中的B B组组分浓度活度系数均是按分浓度活度系数均是按Fe-BFe-B二元系中二元系中B B 的浓度计算的，所以的浓度计算的，所以称为同一浓度法。称为同一浓度法。KBlgKBBBBeefKlgB对fKBeBBe相互作用系数相互作用系数 的特性决定于第三组分的特性决定于第三组分K K在在Fe-BFe-B系中系中K K、B B、FeFe质点间作用力的特性。质点间作用力的特性。与与FeFeB B间作用力相比，如果作用力间作用力相比，如果作用力 ，则第三元素，则第三元素K K能能降低降低B B组元活度系数，这时组元活度系数，这时 。例如，铁液中的例如，铁液中的MnM

11、n、CrCr等元素会使等元素会使C C的活度系数降低，溶解的活度系数降低，溶解度升高，因其度升高，因其 、 均小于均小于0 0；(K)BeBFeBKFF0KBeMnCeCrCe反之，若作用力反之，若作用力 ，则第三元素能提高，则第三元素能提高B组元活组元活度系数，并使其溶解度降低，这时度系数，并使其溶解度降低，这时 0，例如，铁液中，例如，铁液中的的Si、P等元素会使等元素会使C的活度系数升高；的活度系数升高；若作用力若作用力 ，则第三元素对，则第三元素对B组元活度系数无组元活度系数无影响，这时影响，这时 =0 。 转换关系：转换关系： ； BFeBK FFKBeBFeBK FF(K)BeBK

12、KBBKKBKBeMMe氢是钢铁中的气体之一，纯有害元素。氢是钢铁中的气体之一，纯有害元素。危害：氢在钢中形成危害：氢在钢中形成“白点白点”，引起，引起“氢脆氢脆”和应力腐蚀。和应力腐蚀。钢液凝固时，发生偏析，来不及排出，形成钢液凝固时，发生偏析，来不及排出，形成“白点白点”，轧，轧制后形成条状的白亮带，性能降低。制后形成条状的白亮带，性能降低。真空处理的方法除去钢中的氢非常有效；真空处理的方法除去钢中的氢非常有效；氢在铁液中的溶解度很小，形成稀溶液，目前工程上普遍氢在铁液中的溶解度很小，形成稀溶液，目前工程上普遍以以ppm（10-6）作单位来衡量。它们在钢中的溶解符合气体）作单位来衡量。它们

13、在钢中的溶解符合气体溶解的溶解的西华特平方根定律西华特平方根定律。 mol)(35.52121009mrJTG734. 2/6320lgO(R)TL734. 0/6320lgO(%)TL%23. 0OFeOO/ O)(aL注BB1538TtC901530t3mkg853. 08580)(TTdxduAF)/(exp0RTEB铁液中溶解元素对粘度的影响铁液中溶解元素对粘度的影响由图可见，由图可见，N、O、S提高铁液的粘提高铁液的粘度。度。这种影响在元素浓度很低时更为明这种影响在元素浓度很低时更为明显。例如，显。例如，O为为0.05%，可使粘度，可使粘度提高提高3050%。P、Mn、C、Si、Cr等能降低粘度。等能降低粘度。此外此外Al、Si、Mn、Cr等若与钢中的等若与钢中的氧结