第三章 材料的凝固与相图.ppt

第三章材料的凝固与相图第一节概述1.2凝固状态的影响因素二、熔融液体的粘度三、熔融液体的冷却速度第二节纯金属的结晶72.1结晶的条件二、结晶的结构条件2.2结晶时的过冷现象过冷现象：熔体材料冷却到理论结晶温度以下，并不是立即就形成晶体，材料处在理论结晶温度以下，还保留原来状态，这种现象称为过冷。
过冷度：为了表述材料过冷的程度，将理论转变温度与实际所处在的温度之差称为过冷度。ΔT=T0－Tn2.3结晶的一般过程2.4结晶后的晶粒大小液态材料中往往存在某些固态悬浮微粒，在一定的过冷度下，液态的熔融原子依附在这些微粒表面形核，称为非自发形核。由于利用原微粒与液体的界面能，形核比自发方式容易得多，如果微粒与形成的晶体的界面能愈低，作用愈明显。它是实际工程材料凝固结晶中的主要形核方式。单位时间在单位母体（液体）的体积内晶核的形成数目称为形核率。二、晶核的长大当冷却速度较快时，晶体的棱角和棱边的散热条件比面上的优越，因而长大较快，成为伸入到液体中的晶枝。优先形成的晶枝称一次晶轴，在一次晶轴增长和变粗的同时，在其侧面生出新的晶枝，即二次晶轴。其后又生成三次晶轴、四次晶轴。结晶后得到具有树枝状的晶体。晶粒的尺寸指统计描述晶粒的大小，各晶粒的大小和形状并不全相同，这就是统计的含义，有多种来计量，例如单位体积内的晶粒个数。
在生产中用晶粒度，测定方法是在放大100倍下观察和标准的进行对比评级，1~8级，级别高的晶粒细。19决定晶粒尺寸的要素：从液体凝固后，每个晶核生长成一个晶粒，晶核多晶粒的尺寸自然就小。凝固理论分析表明晶粒尺寸决定于N/G，即形核率高晶粒细小，而长大速度快，晶粒尺寸增大。第三节材料的相结构相：凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的物质均匀组成部分，称之为相。在固态材料中，按其晶格结构的基本属性来分，可分为固溶体和化合物两大类。3.2固溶体溶质原子溶入固溶体中的量称为固溶体的浓度。
在一定的条件下，溶质元素在固溶体中的极限浓度叫做溶质元素在固溶体中的溶解度。
浓度或溶解度一般用溶质元素所占的重量百分比来表示(wt%)；
有时也用溶质元素所占的原子数量百分比(at%)来表示，这时也称为摩尔浓度(mol%)。二、固溶体的分类(1)置换固溶体在置换固溶体中，一般溶质原子的溶解度有一定的限制，即形成有限固溶体。
溶质元素与溶剂元素之间的化学性质相近、原子尺寸相近、价电子数相近、晶体结构相近时对应的溶解度愈大。
当晶体结构相同、并且原子尺寸差小于15%时，化学性质较接近的有时可以出现无限互溶，构成无限固溶体。这是把含量较高的组元称为溶剂，含量较少的组元称为溶质。(2)间隙固溶体三、固溶体的性能特点固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相即为金属化合物,或称中间相。一、金属化合物的类型(2)电子化合物电子化合物这类化合物大多是以第Ⅰ族或过渡族金属元素与第Ⅱ至第Ⅴ族金属元素结合而成。它们也可以用分子式表示，但大多不符合正常化学价规律。当e/a为某些特定值时形成一新的晶体结构，并且电子浓度不同，其对应的晶体结构的类型也就不同。常间的电子浓度值有21/14、21/13、21/12。由于这类中间相与电子浓度有关，所以就称为电子化合物，主要出现在金属材料中，它们的结合键为金属键。例如Cu31Sn8，电子浓度21/13，具有复杂立方晶格。(3)间隙化合物②结构简单的间隙化合物第四节相图知识相图建立的方法：
热分析法、膨胀法、磁性法及X射线结构分析法等。二元相图：当存在两个组元时，成分也是变量，但一种组元的含量为独立，另一组元则为余下部分。为在二维平面上表示，通常只考虑在常压下，取两个变量温度和成分。横座标用线段表示成分，纵座标表示温度。平面上以按这时平衡状态下存在的相来分隔。(如图)二元合金相图的建立4.2二元合金相图与结晶分析(2)合金平衡结晶过程特点：(3)杠杆定律的证明一般用占总体数量的百分比的相对值来表示。如果把线段axc当成一杠杆，则他们满足杠杆力的平衡原理，所以称之为杠杆定律。二、共晶相图(2)共晶反应根据杠杆定律可以计算出共晶体中αc、βe的相对量：特点52三、其他类型相图54(2)形成稳定化合物的相图(3)共析相图4.3合金性能在相图上的反映二、加工的工艺性能