工程材料—合金的结晶

1、第二章第二章 金属材料组织和性能的控制金属材料组织和性能的控制第一节第一节 纯金属的结晶纯金属的结晶第二节第二节 合金的结晶合金的结晶第三节第三节 金属的塑性加工金属的塑性加工第四节第四节 钢的热处理钢的热处理第五节第五节 钢的合金化钢的合金化12第二节第二节 合金的结晶合金的结晶2.2.1 2.2.1 二元合金的结晶二元合金的结晶2.2.2 2.2.2 合金的性能与相图的关系合金的性能与相图的关系2.2.3 2.2.3 铁碳合金的结晶铁碳合金的结晶31.合金相图的表示方法合金相图的表示方法2.杠杆定律杠杆定律3.匀晶转变和共晶转变的平衡凝固过程匀晶转变和共晶转变的平衡凝固过程4.根据相图判断

2、合金的工艺性能根据相图判断合金的工艺性能本节重点本节重点42.2.1 二元合金的结晶 纯金属：纯金属：冷却曲线冷却曲线，状态（相），状态（相）温度、时间温度、时间 合金：合金：相图相图，状态（相），状态（相）温度、成分温度、成分l 相图（状态图、平衡相图（状态图、平衡图）图）：表示合金系中合：表示合金系中合金的状态与金的状态与温度、成分温度、成分间的关系的图解。间的关系的图解。l 图中的每一点表示一图中的每一点表示一定成分的合金在一定定成分的合金在一定温度时的稳定相状态温度时的稳定相状态 5根据结晶过程中出现的不同类型的结晶反应，可把结晶过程根据结晶过程中出现的不同类型的结晶反应，可把结晶过程

3、分为发生分为发生匀晶反应、共晶反应、包晶反应、共析反应匀晶反应、共晶反应、包晶反应、共析反应的合金的合金的结晶和的结晶和含有稳定化合物的合金的结晶含有稳定化合物的合金的结晶等。等。1.匀晶反应：匀晶反应：由液相结晶出单相固溶体的过程。由液相结晶出单相固溶体的过程。匀晶相图及其合金的结晶过程匀晶相图及其合金的结晶过程结晶过程中，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。结晶过程中，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。6u 杠杆定律杠杆定律12ba1b1c1T1T21. 1. 在两相区内，对应每在两相区内，对应每一确定的温度，两相的成一确定的温度，两相的成分是确定的。分是确定的。2. 2

4、. 随着温度的降低，两随着温度的降低，两相的成分分别沿液相线和相的成分分别沿液相线和固相线变化。固相线变化。杠杆定律：在两相区内，对杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度应每一确定的温度T1，两相，两相质量的比值是确定的。即质量的比值是确定的。即QL/Q =b1c1/a1b1杠杆定律推论：在两杠杆定律推论：在两相区内，对应温度相区内，对应温度T1时两相在合金时两相在合金b中的相中的相对质量各为对质量各为QL/QH=b1c1/a1c1Q /QH=a1b1/a1c1=1- QL/QH7acabQQacbcLQQL)(;)(合金合金杠杆定律的适用范围：杠杆定律的适用范围：（1）只适用于相图中的两相

5、区；）只适用于相图中的两相区；（2）只能在平衡状态下使用）只能在平衡状态下使用（3）支点为合金的成分点，两个端点为给定温度时两支点为合金的成分点，两个端点为给定温度时两相的成分相的成分例：将例：将20kg纯铜与纯铜与30kg纯镍熔化后慢冷至如图温度纯镍熔化后慢冷至如图温度T1,求此时求此时:1)两相的成分两相的成分;8L, 50%Ni; , 80%Ni1:250606080/L%3 .3350805060)(%7 .6650806080)(LkgkgL7 .1650%3 .334 .3350%7 .66重量重量2)两相的重量比两相的重量比;3)两相的相对重量两相的相对重量;4)两相的重量。两相

6、的重量。T192. 共晶反应共晶反应：由液相同时结晶出两个固相的反应。：由液相同时结晶出两个固相的反应。 共晶反应可写成：共晶反应可写成：Ld c + e LL+L+12共晶合金组织的形态共晶合金组织的形态10亚共晶合金的平衡凝固L L+ 初初 初初+(+) 初初+(+)L析出析出共晶反应共晶反应L+初初中析出中析出亚共晶合金组织的形态亚共晶合金组织的形态2. 共晶反应共晶反应11LL+L+123过共晶合金组织的形态过共晶合金组织的形态12312342. 共晶反应共晶反应123.包晶反应包晶反应：由一固定成分的液相与一个固定成分由一固定成分的液相与一个固定成分的固相作用，生成另一个成分固定的固

7、相的反应。的固相作用，生成另一个成分固定的固相的反应。LC+DP13 共析相图共析相图ABT, C + + + cedL + L4. 共析反应共析反应：由一个固相同时结晶出另外两个固相的反应。由一个固相同时结晶出另外两个固相的反应。 共析反应可写成：共析反应可写成：d c + e 1234 (+)L L+ +(+)L中析出中析出共析反应共析反应 +中析出中析出 不断析出不断析出 冷却冷却中析出中析出1点开始1-2之间2-3之间3点时3-4之间14 含有稳定化合物的相图含有稳定化合物的相图 5. 含有稳定化合物的相图含有稳定化合物的相图 把稳定化把稳定化合物看成合物看成是独立的是独立的组元，将组元，将整个相图整个相图为分向个为分向个简单相图。简单相图。1根据相图判断合根据相图判断合金金的的物理物理性能性能 2.2.2 2.2.2 合金性能与相图的关系合金性能与相图的关系2根据相图判别合金的工艺性能根据相图判别合金的工艺性能 2根据相图判别合金的工艺性能根据相图判别合金的工艺性能铸造性能：铸造性能：共晶点附近的合金共晶点附近的合金熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，合金致密熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，合金致密压力加工性能：压力加工性能： 单相固溶体单相固溶体固溶体强度低，塑性好，变形均匀固溶体强度低，塑性好，变形均匀热处理性能：热处理性能：根据升温过程的相变及其