材料固化学习教案

1、会计学1材料材料(cilio)固化固化第一页，共69页。（a）具有结晶转变的物质流动性与温度(wnd)倒数（1/T）之间的关系，Tm是熔点温度(wnd) 有两种不同的固化反应:第1页/共69页第二页，共69页。（b）具有玻璃化转变物质的流动性与温度倒数(do sh)（1/T）之间的关系，Tg是玻璃化转变温度 第2页/共69页第三页，共69页。（a）w(Si)=20%的Pd-Si合金(hjn)；（b）二氧化硅第3页/共69页第四页，共69页。5.2.1 金属结晶金属结晶(jijng)的条件与过程的条件与过程第4页/共69页第五页，共69页。第5页/共69页第六页，共69页。第6页/共69页第七页

2、，共69页。第7页/共69页第八页，共69页。金属结晶的热力学条件：固相自由能必须低于液相自由能。第8页/共69页第九页，共69页。纯金属液固两相自由能纯金属液固两相自由能 - - 温度温度(wnd)(wnd)曲线示意图曲线示意图 第9页/共69页第十页，共69页。晶核长大晶核长大(chn d)：晶核形成后不断长大：晶核形成后不断长大(chn d)，同时，同时新新晶核不断形成并长大晶核不断形成并长大(chn d)；不断形核、不断长大不断形核、不断长大；晶体形成晶体形成：各晶核相互碰撞,形成取向各异、大小不等的等轴晶组成的多晶体。液态液态第10页/共69页第十一页，共69页。第11页/共69页第

3、十二页，共69页。第12页/共69页第十三页，共69页。第13页/共69页第十四页，共69页。设晶核为半径 r 球形，则上式成为：vGVGS32434GrGvr第14页/共69页第十五页，共69页。2480d GrGrdr*2rG 图图5-7 G5-7 G随随r r的变化的变化(binhu)(binhu)曲线示意图曲线示意图 第15页/共69页第十六页，共69页。第16页/共69页第十七页，共69页。2*2*1214 ()(4)33vGrG第17页/共69页第十八页，共69页。333*2216163()3()mvmTGGLT第18页/共69页第十九页，共69页。图5-8 最大晶胚尺寸rmax和

4、临界(ln ji)晶核半径r*与过冷度的关系第19页/共69页第二十页，共69页。第20页/共69页第二十一页，共69页。大时，形势率又受N2项控制而下降。(a) 过冷度对N1、N2的影响(yngxing)；（b）形核率与过冷度的关系 第21页/共69页第二十二页，共69页。图5-10 金属(jnsh)的形核率N与过冷度T的关系 第22页/共69页第二十三页，共69页。图图5-11 5-11 非均匀非均匀(jnyn)(jnyn)形核示意图形核示意图 第23页/共69页第二十四页，共69页。第24页/共69页第二十五页，共69页。vsGV GG非12()sLsSbLbGSS332323cosco

5、s()(23coscos)3vLsGGrr 非332423coscos(4)()34vLsGrGr非第25页/共69页第二十六页，共69页。0d Gdr*2LsvrG 非3321623coscos()34LsvGG非第26页/共69页第二十七页，共69页。第27页/共69页第二十八页，共69页。图5-12 不同(b tn)接触角的晶核形状 分析表明: 非均匀形核也需结构起伏和能量起伏，所不同的是非均匀形核时晶核体积小，所需形核功小，即G*非G*，因此形核较容易，在较小过冷度下即可形核。 第28页/共69页第二十九页，共69页。1.均匀(jnyn)形核 2.非均匀(jnyn)形核 第29页/共6

6、9页第三十页，共69页。图5-15 不同形状固体杂质表面(biomin)形核的晶胚大小 第30页/共69页第三十一页，共69页。第31页/共69页第三十二页，共69页。图5-16 温度对熔化速率和凝固(nngg)速率影响，图中Tm为熔点， Ti 为凝固(nngg)时可能的界面温度第32页/共69页第三十三页，共69页。平面界面）第33页/共69页第三十四页，共69页。图5-17 （a）光滑(gung hu)界面；（b）粗糙界面 第34页/共69页第三十五页，共69页。图5-18 （a）光滑界面(jimin)；（b）粗糙界面(jimin) 第35页/共69页第三十六页，共69页。 图图5-19

7、粗糙界面的垂直长大粗糙界面的垂直长大(chn d)示意图示意图 图图5-20 光滑界面的二维晶核长大光滑界面的二维晶核长大(chn d)机制机制第36页/共69页第三十七页，共69页。（a）正温度梯度； （b）负温度梯度 第37页/共69页第三十八页，共69页。（a）平面(pngmin)长大 （b）枝晶长大 第38页/共69页第三十九页，共69页。（a）非金属（b）金属 图5-23 晶体长大速度(sd)G与过冷度T的关系 第39页/共69页第四十页，共69页。1细晶区 2柱状晶区 3等轴晶区 铸锭三区组织(zzh)的形成：（1）表面细晶区（2）柱状晶区（3）等轴晶区第40页/共69页第四十一页

8、，共69页。A.液态；B.液态（有某些弹性(tnxng)反应）；C.过冷液体（橡胶态）；D.玻璃态ABCD、ABEF和ABG分别表示快冷、中等冷速和非常慢的冷速 第41页/共69页第四十二页，共69页。第42页/共69页第四十三页，共69页。第43页/共69页第四十四页，共69页。第44页/共69页第四十五页，共69页。晶粒度12345678单位面积晶粒数/（个mm-2）16326412825651210242048晶粒平均直径/mm0.250 0.177 0.125 0.088 0.062 0.044 0.031 0.022第45页/共69页第四十六页，共69页。晶粒平均直径/mm抗拉强度/

9、（MNm-2）屈服强度/（MNm-2）延伸率/%9.71654028.87.01803830.62.52114439.50.202635748.80.162646550.70.1027811650.0工程上将通过细化晶粒以提高(t go)材料强度的方法称为细晶强化。 第46页/共69页第四十七页，共69页。图5-30 形核率N和长大(chn d)速度G与过冷度的关系 第47页/共69页第四十八页，共69页。第48页/共69页第四十九页，共69页。 图5-31为离心雾化法工作原理示意图。将熔化的金属吹到高速旋转的通水冷却的铜盘上（转速20000r/min），甩向四周的液体(yt)或固体又被高压冷

10、气（氮、氦、氩等）吹成粉末。该法已用于金属粉末的生产。图图5-31 5-31 离心雾化法示意图离心雾化法示意图 第49页/共69页第五十页，共69页。 图图5-32 5-32 压延压延(yyn)(yyn)法示意图法示意图 第50页/共69页第五十一页，共69页。图图5-33 5-33 表面激光表面激光(jgung)(jgung)处理处理 第51页/共69页第五十二页，共69页。(2) 形成非平衡的结晶相一亚稳相(3) 形成非晶态合金第52页/共69页第五十三页，共69页。第53页/共69页第五十四页，共69页。性能第一代第二代第三代第四代制造方法精铸等轴晶定向凝固柱状晶单晶体急冷+粉末冶金柱状

11、晶工作温度8009509701000推力/质量1.01.92.22.8使用年代上世纪50年代现在仍在使用上世纪80年代上世纪90年代第54页/共69页第五十五页，共69页。（a）尖端(jindun)形核法 (b)垂直提拉法 第55页/共69页第五十六页，共69页。（a）下降功率(gngl)法；（b）快速逐步凝固法 第56页/共69页第五十七页，共69页。第57页/共69页第五十八页，共69页。第58页/共69页第五十九页，共69页。第59页/共69页第六十页，共69页。第60页/共69页第六十一页，共69页。第61页/共69页第六十二页，共69页。第62页/共69页第六十三页，共69页。第63页/共69页第六十四页，共69页。第64页/共69页第六十五页，共69页。r的形核