哈理工金属学与热处理课件03二元合金相图和合金的凝固

第三章二元合金相图和合金的凝固§3.1二元合金相图的建立§3.2匀晶相图及固溶体的结晶§3.3共晶相图及其合金的结晶§3.4包晶相图及合金的结晶§3.5其它类型的二元合金相图§3.6二元相图的分析和使用§3.7铸锭的组织与缺陷§3.1二元合金相图的建立相图的测绘方法相律f=c-p+2自由度数相数组元数DesignofanAerospaceComponentBecausemagnesiumisaverylightweightmaterial,ithasbeensuggestedforuseinanaerospacevehicleintendedtoentertheouterspaceenvironment.Isthisagooddesign?杠杠定律§3.2匀晶相图及固溶体的结晶常见匀晶合金Cu-Ni,Ag-Au,Cr-Mo,Cd-Mg,Fe-Ni,Mo-WNiO-MgO,Al2O3-Cr2O3在液态和固态下两组元均能完全无限互溶§3.2匀晶相图及固溶体的结晶平衡结晶过程相图分析t1温度－－开始结晶，尚无晶相t2温度－－通过扩散达到平衡t3温度－－结晶结束结晶过程：形核和长大形核方式：均匀形核和非均匀形核形核条件：结构起伏能量起伏＋成分起伏差异：1异分结晶－－结晶时结晶出的固相与液相成分不同，也称为选择性结晶。

2变温结晶－－固溶体合金的结晶需要在一定温度范围内进行。平衡分配系数－－在一定温度下，固液两平衡相溶质浓度之比值，用k0表示始终有溶质和溶剂原子的扩散过程易于形成树枝状§3.2匀晶相图及固溶体的结晶Onemethodtoimprovethefracturetoughnessofaceramicmaterialistoreinforcetheceramicmatrixwithceramicfibers.AmaterialsdesignerhassuggestedthatAl2O3couldbereinforcedwith25%Cr2O3fibers,whichwouldinterferewiththepropagationofanycracksinthealuminia.Theresultingcompositeisexpectedtooperateunderloadat2000℃forseveralmonths.Criticizetheappropriatenessofthisdesign.DesignofaCompositeMaterialYouneedtoproduceaCu-Nialloyhavingaminimumyieldstrengthof20000psi,aminimumtensilestrengthof60000psi,andaminimumelongationof20%.YouhaveinyourinventoryaCu-20%Nialloyandlotsofpurenickel.Designamethodforproducing10kgcastingshavingtherequiredproperties.DesignofaMeltingProcedureforaCastingCu-90%NiorCu-33%to60%Ni加热到1250℃§3.2匀晶相图及固溶体的结晶匀晶结晶有下列特点：

1）与纯金属一样，α固溶体从液相中结晶出来的过程中，也包括有生核与长大两个过程，但固溶体更趋向于树枝状长大。

2）固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即为一个变温结晶过程。

3）在两相区内，温度一定时，两相的成分（即Ni含量）是确定的。匀晶结晶有下列特点：

4）在两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定的，由杠杆定律可算出在T时液相和固相在合金中的质量分数（运用杠杆定律时要注意，它只适用于相图中的两相区，并且只能在平衡状态下使用。杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点，而支点为合金的成分点。）§3.2匀晶相图及固溶体的结晶匀晶结晶有下列特点：

5）固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。一个晶粒中先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多，结果造成在一个晶粒内化学成分的分布不均，这种现象称为枝晶偏析。消除枝晶偏析的方法采用扩散退火。§3.2匀晶相图及固溶体的结晶不平衡结晶晶内偏析枝晶偏析影响因素：K0;原子扩散；冷却速度检验和消除方法成分过冷晶体生长形状平面长大树枝状长大胞状长大建立相图的