知識點1：金屬結(jié)晶的現(xiàn)象

項目5金屬的結(jié)晶過程與控制《金屬材料及熱處理》任務(wù)5.1：掌握純金屬的結(jié)晶112結(jié)晶：液態(tài)→固態(tài)（晶體）。長程有序晶體結(jié)晶《金屬材料及熱處理》凝固：液態(tài)→固態(tài)（晶體或非晶體）。微小晶核長大晶體近程有序一、金屬結(jié)晶現(xiàn)象金屬結(jié)晶后組織（晶粒形狀、大小和分布等）影響到加工性能和使用性能。3《金屬材料及熱處理》研究和控制金屬的結(jié)晶過程，已成為提高金屬力學(xué)性能和工藝性能的一個重要手段。掌握結(jié)晶過程的基本規(guī)律將為研究其他相變奠定基礎(chǔ)。一、金屬結(jié)晶現(xiàn)象4《金屬材料及熱處理》金屬結(jié)晶宏觀現(xiàn)象過冷現(xiàn)象潛熱釋放一、金屬結(jié)晶現(xiàn)象Ⅰ.理論結(jié)晶溫度也叫平衡結(jié)晶溫度，是指液體的結(jié)晶速度與晶體的熔化速度相等時的溫度。各種純金屬如Fe、Cu等都有一定的結(jié)晶溫度。如Fe：1539℃，Cu：1083℃等。Ⅱ.實際結(jié)晶溫度實際結(jié)晶溫度總是低于平衡結(jié)晶溫度，原因在結(jié)晶的能量條件上。在自然界中，任何物質(zhì)都具有一定的能量，而且一切物質(zhì)都是自發(fā)地由能量高的狀態(tài)向能量低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，結(jié)晶過程也同樣遵循這一規(guī)律。結(jié)晶溫度：551《金屬材料及熱處理》二、結(jié)晶時的過冷現(xiàn)象Tm—理論結(jié)晶溫度,即熔點（℃）ΔT=Tm-Tn溫度TmTn時間過冷：熔融金屬冷卻到平衡的凝固點以下而沒有發(fā)生凝固的現(xiàn)象。過冷度:理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差值稱為過冷度。即：ΔT=Tm-Tn過冷度越大，實際結(jié)晶溫度越低。金屬的過冷度不是恒定值，它與金屬本性和冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越快過冷度也越大。Tn—實際結(jié)晶溫度（℃）ΔT—過冷度（℃）純金屬的冷卻曲線：26《金屬材料及熱處理》二、結(jié)晶時的過冷現(xiàn)象

純金屬的冷卻曲線ΔT溫度TmTn時間相變：物質(zhì)由一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)叫相變。相變潛熱：相變過程中伴隨著吸收或放出的熱量。熔化潛熱：金屬的熔化時從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合辔盏臒崃?。結(jié)晶潛熱:金屬的結(jié)晶時從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔喾懦龅臒崃?。結(jié)晶過程時間是結(jié)晶時放出的熱（潛熱）造成的。結(jié)晶平臺(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)7《金屬材料及熱處理》三、結(jié)晶時的結(jié)晶潛熱金屬的結(jié)晶過程包括形核和晶核長大兩個階段，結(jié)晶過程是液態(tài)金屬中不斷形核、不斷長大，兩個過程交錯重疊，并持續(xù)到液相全部轉(zhuǎn)變成固相為止。液態(tài)金屬形核晶核長大完全結(jié)晶新晶核形成形核晶核長大不斷生成新晶核長大晶粒相碰多晶體8《金屬材料及熱處理》四、金屬的結(jié)晶過程《金屬材料及熱處理》9四、金屬的結(jié)晶過程任務(wù)5.1：掌握純金屬的結(jié)晶知識點2：金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件

《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制1010熱力學(xué)第二定律指出：在等溫等壓條件下，物質(zhì)系統(tǒng)總是自發(fā)的從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。即，一切自發(fā)過程都是朝著系統(tǒng)自由能降低的方向進行。

ΔG=G轉(zhuǎn)變后

–G轉(zhuǎn)變前＜0一、熱力學(xué)定律11《金屬材料及熱處理》金屬的結(jié)晶過程是自由能降低的自發(fā)過程液體和固體的自由能隨溫度的變化ΔTΔG=GS–GL<0TnTmGSGLG自由能

液體和晶體自由能曲線的交點溫度Tm稱為理論結(jié)晶溫度(熔點或平衡結(jié)晶溫度)。在該溫度下,GS=GL,液體和晶體處于動平衡狀態(tài)。12《金屬材料及熱處理》ΔTΔG=GS–GL<0TnTmGSGLG自由能當(dāng)T>Tm時，GL<GS，處于液相；T=Tm時，GL=GS，兩相共存；當(dāng)T<Tm時，GL>GS，即結(jié)晶。結(jié)晶的驅(qū)動力：液固兩相的自由能之差

ΔG=GS

–GL＜0二、金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件體系自由能變化ΔG=G固－G液＜0時,結(jié)晶過程才能自發(fā)進行。即，結(jié)晶能否發(fā)生，取決于固相的吉布斯自由能是否低于液相的吉布斯自由能，。二、金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件液體和固體的自由能隨溫度的變化ΔTΔG=GS–GL<0TnTmGSGLG自由能13《金屬材料及熱處理》實際結(jié)晶溫度總是低于這一平衡結(jié)晶溫度，原因在結(jié)晶的能量條件上。

結(jié)晶的充分必要條件:液態(tài)金屬必須具有一定的過冷度。從溫度坐標(biāo)上看，只有實際結(jié)晶溫度Tn低于平衡結(jié)晶溫度Tm，結(jié)晶過程才能自發(fā)進行。Lm—熔化潛熱

ΔT—過冷度Tm—結(jié)晶溫度三、金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件

液相和固相自由能隨溫度變化示意圖ΔTΔG=GS–GL<0TnTmGSGLG自由能14《金屬材料及熱處理》

ΔGV＜0

ΔT

＜0

T＜Tm

結(jié)晶的熱力學(xué)條件:液態(tài)金屬必須具有一定的過冷度。單位體積的液體與固體的自由能之差延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝15任務(wù)5.1：掌握純金屬的結(jié)晶知識點3：金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件

《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制16一、液態(tài)金屬的近程有序近程有序結(jié)構(gòu)1717《金屬材料及熱處理》近程有序：液體中的微小范圍內(nèi)，存在著緊密接觸并規(guī)則排列的原子集團。在晶體大范圍內(nèi)的原子是有序排列的，稱之為長程有序。長程有序結(jié)構(gòu)一、液態(tài)金屬的近程有序1818《金屬材料及熱處理》液態(tài)金屬原子的熱運動激烈，原子間距較大，結(jié)合較弱近程有序特點：不是固定不動，處于不斷的變化之中結(jié)構(gòu)起伏（相起伏）：原子集團這種此起彼伏(原子重新聚集)的現(xiàn)象液態(tài)金屬原子的狀態(tài)：時聚時散，此起彼伏瞬時1瞬時2二、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)起伏1919《金屬材料及熱處理》結(jié)構(gòu)起伏：原子集團這種此起彼伏(原子重新聚集)的現(xiàn)象原因：液態(tài)金屬中存在著能量起伏有序原子集團形成結(jié)構(gòu)起伏與能量起伏是對應(yīng)的能量低能量高峰散開成無序狀態(tài)只有在過冷液體中出現(xiàn)尺寸較大的結(jié)構(gòu)起伏（相起伏），才有可能在結(jié)晶時轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш?，這些相起伏就是晶核的胚芽，稱為晶胚。三、金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件近程有序結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)起伏結(jié)晶長程有序結(jié)構(gòu)較大2020《金屬材料及熱處理》晶體大范圍內(nèi)的原子是有序排列的延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝21知識點4：晶核的形成

項目5金屬的結(jié)晶過程與控制《金屬材料及熱處理》任務(wù)5.1：掌握純金屬的結(jié)晶22當(dāng)液態(tài)金屬過冷至實際結(jié)晶溫度后，經(jīng)過一段孕育期，在液態(tài)金屬內(nèi)部開始出現(xiàn)微小的固態(tài)顆粒，稱之為晶胚。當(dāng)晶胚達到某一臨界尺寸后，就成為可以穩(wěn)定存在并自發(fā)長大的晶核。這一過程稱為形核。一、固態(tài)晶核的形成液態(tài)金屬的結(jié)晶包括形核和晶核長大兩個基本過程2323液態(tài)原子的近程有序形核有兩種方式：均勻形核（均質(zhì)形核或自發(fā)形核）和非均勻形核（異質(zhì)形核或非自發(fā)形核）?！督饘俨牧霞盁崽幚怼范x：由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核，液相中各區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的概率是相同的。特點：液體金屬絕對純凈，無雜質(zhì)。條件：依靠液態(tài)金屬能量變化，需要很大的過冷度。二、均勻形核（均質(zhì)形核或自發(fā)形核）2424《金屬材料及熱處理》定義：新相優(yōu)先出現(xiàn)于液相中的某些區(qū)域，以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)或容器壁為核心形核。三、非均勻形核（異質(zhì)形核或非自發(fā)形核）非均勻形核示意圖2525《金屬材料及熱處理》形核的基底可以是模壁或不溶于液體的夾雜物（如氧化物、氮化物等）。固相晶核依附在基底平面上形成只有那些晶體結(jié)構(gòu)或晶格常數(shù)與基體金屬的相近似的微細(xì)顆粒才能起到晶核作用。三、非均勻形核（異質(zhì)形核或非自發(fā)形核）2626《金屬材料及熱處理》特點：更為普遍，實際金屬的結(jié)晶主要方式。非均勻形核的形核率受一系列物理因素的影響，如在液態(tài)金屬凝固過程中振動或攪動。條件：所需的臨界過冷度大大降低。形核所需的結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏也較低，因此形核比均勻形核要容易的多。四、金屬結(jié)晶形核的要點金屬結(jié)晶形核的要點：1）結(jié)晶必須在過冷液體中進行，其過冷度必須大于臨界過冷度（形核的驅(qū)動力），晶坯尺寸必須大于臨界晶核半徑。2）形核的基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏；3）晶核的形成過程是原子的擴散遷移過程，因此結(jié)晶必須在一定溫度下進行；4）實際工業(yè)中，液體金屬的凝固總是以非均勻形核方式進行。2727《金屬材料及熱處理》PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝28延遲符知識點5：晶核的長大

項目5金屬的結(jié)晶過程與控制《金屬材料及熱處理》任務(wù)5.1：掌握純金屬的結(jié)晶29晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產(chǎn)生晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失每個晶核最終長成一個晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界一、晶核的長大過程3030《金屬材料及熱處理》晶核長大的條件：第一，要求液相不斷地向晶體擴散供應(yīng)原子，以使液態(tài)金屬原子具有足夠的擴散能力；第二，要求晶體表面能夠不斷而牢靠地接納這些原子。成核速率、長大速度與過冷度的關(guān)系一、晶核的長大過程影響晶核形成和長大的因素3131《金屬材料及熱處理》決定晶核長大方式和長大速度的主要因素：晶核的界面結(jié)構(gòu)、界面附近的溫度分布及潛熱的釋放和逸散條件。晶核的長大必須在過冷的液體中進行，只不過它所需要的過冷度比形核時小得多而已二、固液界面的結(jié)構(gòu)固液界面的微觀結(jié)構(gòu)類型：光滑界面和粗糙界面。3232《金屬材料及熱處理》宏觀：界面呈鋸齒狀的折線，所以又稱小平面界面。微觀：界面是光滑的。光滑界面是指固相表面為基本完整的原子密排面，固液兩相截然分開，粗糙界面是指固液兩相間存在幾個原子厚度的過渡層。在過渡層中，液相與固相的原子犬牙交錯分布，

宏觀：界面是平直的。微觀：高低不平、粗糙，界面是粗糙的，又稱為非小平面界面

b)粗糙界面a)光滑界面界面的微觀結(jié)構(gòu)不同，其接納液相中遷移過來的原子的能力也不同，因此在晶體長大時將有不同的機制。三、晶體微觀長大機制3333《金屬材料及熱處理》

粗糙界面上：整個固-液界面垂直地向液相中推進，即晶體沿界面的法線方向向液相中生長。這種長大方式叫做垂直長大，這樣的晶體生長速率很快。光滑界面晶體長大：二維晶核長大機制和依靠晶體缺陷長大機制。

晶體長大速率較慢金屬凝固時，晶體的生長形態(tài)取決于固-液界面的微觀結(jié)構(gòu)和界面前沿液相中的溫度梯度dT/dx四、固液界面前沿液體的溫度梯度與晶體生長形態(tài)34《金屬材料及熱處理》

正溫度梯度示意圖負(fù)溫度梯度示意圖35四、固液界面前沿液體的溫度梯度與晶體生長形態(tài)35《金屬材料及熱處理》正溫度梯度：dT/dx＞0，晶體生長以平面向前推進。

正溫度梯度示意圖b)粗糙平面a)光滑平面粗糙界面：平行于等溫面的平直界面光滑界面：呈鋸齒狀1、正溫度梯度下的成長界面形狀3636《金屬材料及熱處理》負(fù)溫度梯度：dT/dx＜0，晶體生長以樹枝狀生長。（一般金屬）負(fù)溫度梯度示意圖樹枝狀晶體形貌b)粗糙平面2、負(fù)溫度梯度下的成長界面形狀四、固液界面前沿液體的溫度梯度與晶體生長形態(tài)實際金屬結(jié)晶時冷速較大，主要以樹枝狀長大原因：晶核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次軸又會產(chǎn)生二次軸…，樹枝間最后被填充。四、固液界面前沿液體的溫度梯度與晶體生長形態(tài)樹枝狀長大3737《金屬材料及熱處理》四、固液界面前沿液體的溫度梯度與晶體生長形態(tài)金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶3838《金屬材料及熱處理》(1)粗糙界面（金屬），垂直長大。所需過冷度小。(2)光滑界面（金屬化合物或非金屬等）其一為二維晶核長大方式；其二為螺型位錯長大方式。長大速度都很慢，所需的過冷度很大。3939《金屬材料及熱處理》長大機理在正的溫度梯度下長大時，光滑界面的一些小晶面互成一定角度，呈鋸齒狀；粗糙界面的形態(tài)為平行于等溫面的平直界面，呈平面長大方式。在負(fù)的溫度梯度下長大時，一般金屬和亞金屬的界面都呈樹枝狀。晶體生長的界面形態(tài)與界面前沿的溫度梯度和界面的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)：小結(jié)：晶體長大的要點延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝40知識點6：晶粒大小及控制

項目5金屬的結(jié)晶過程與控制《金屬材料及熱處理》任務(wù)5.1：掌握純金屬的結(jié)晶41晶粒度：表示晶粒大小的尺度。常用晶粒平均面積或平均直徑來表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級來表示晶粒大小。鋼的標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分為8級知識點6：晶粒大小及控制鋼的標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級別圖晶粒越細(xì)小，強度越高，還可提高塑性和韌性；凝固理論：細(xì)化晶粒的途徑是提高形核率和降低晶體長大速率。4242《金屬材料及熱處理》

知識點6：晶粒大小及控制影響晶核形成和長大的因素4343《金屬材料及熱處理》成核速率、長大速度與過冷度的關(guān)系要提高形核率和抑制晶體的長大速率。工藝上細(xì)化晶粒采取的主要措施有：增大過冷度、變質(zhì)處理、振動攪拌。1、增大過冷度

隨過冷度增加，N/G值增，晶粒變細(xì)。①提高液態(tài)金屬的冷卻速度.如鑄造中采用金屬型代替砂型②提高液態(tài)金屬的過冷能力。如采用慢速澆注。小型鑄件或薄壁鑄件效果較好知識點6：晶粒大小及控制4444《金屬材料及熱處理》變質(zhì)處理前變質(zhì)處理后知識點6：晶粒大小及控制鑄鐵變質(zhì)處理前后的組織變質(zhì)劑為硅鐵或硅鈣合金2、變質(zhì)處理

又稱孕育處理。即液態(tài)金屬內(nèi)加入一些細(xì)小的形核劑(又稱為孕育劑或變質(zhì)劑)，作為非均勻形核的基體，從而使晶核數(shù)大量增加，晶粒顯著細(xì)化。4545《金屬材料及熱處理》電磁攪拌細(xì)化晶粒示意圖知識點6：晶粒大小及控制超聲振動細(xì)化晶粒示意圖3、振動、攪拌等

對正在結(jié)晶的金屬進行機械振動或攪動，一方面輸入的能量，增大能量起伏，提供形核功來促進形核；另一方面也可使成長中的枝晶破碎，顯著增加晶核數(shù)目。4646《金屬材料及熱處理》—熱力學(xué)條件：過冷，過冷的程度用過冷度△T表示，△T=T0-T1

—結(jié)構(gòu)條件：結(jié)構(gòu)起伏（相起伏）項目小結(jié)過冷細(xì)化—加快冷卻速度，增大過冷度△T變質(zhì)細(xì)化—加入難熔質(zhì)點等變質(zhì)劑，形成非自發(fā)晶粒振動細(xì)化—采用機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等方法晶粒細(xì)化結(jié)晶純金屬47《金屬材料及熱處理》條件

過程—恒溫下不斷形成晶核（自發(fā)與非自發(fā)）

和晶核不斷長大（樹枝狀方式）延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝48知識點1：金屬鑄錠組織

項目5金屬的結(jié)晶過程與控制《金屬材料及熱處理》任務(wù)5.2:了解金屬的鑄錠組織與缺陷49在實際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬被澆注到鑄錠模中凝固得到鑄錠，在鑄型中凝固得到鑄件。鑄態(tài)組織（晶粒大小、形狀、取向、合金元素和雜質(zhì)分布）及其存在的缺陷（縮孔、氣孔和偏析等）對金屬制品的力學(xué)性能、壓力加工性能和使用壽命有著直接的影響。一、金屬鑄錠組織50《金屬材料及熱處理》鑄錠的宏觀組織三晶區(qū)一、金屬鑄錠組織鑄錠的宏觀組織鑄錠的宏觀組織通常由三個區(qū)組成:表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。表層細(xì)晶區(qū)柱狀晶區(qū)中心等軸晶區(qū)表層細(xì)晶區(qū)柱狀晶區(qū)中心等軸晶區(qū)51《金屬材料及熱處理》一、金屬鑄錠組織澆注時，由于冷模壁產(chǎn)生很大的過冷度及非均勻形核作用，使表面形成一層很細(xì)的等軸晶粒區(qū)。表層細(xì)晶區(qū)：152《金屬材料及熱處理》表層細(xì)晶區(qū)表層細(xì)晶粒區(qū)綜合性能好一、金屬鑄錠組織由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)前沿液體的過冷度減小，形核困難。加上模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反的方向生長而形成柱狀晶區(qū)。柱狀晶區(qū)，晶粒間會形成柱晶間界，是雜質(zhì)、氣泡、縮孔較富集的地方，是鑄錠的脆弱結(jié)合面；此外，性能還有方向性，對塑性差的金屬易造成熱軋開裂。柱狀晶區(qū)：253《金屬材料及熱處理》由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，散熱速度不斷減慢，導(dǎo)致柱狀晶生長停止，當(dāng)心部液體全部冷至熔點以下時，在雜質(zhì)作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等軸晶粒。一、金屬鑄錠組織等軸晶區(qū)，不存在明顯脆弱界面，晶粒取向不盡相同，性能沒有向性；缺點是顯微縮孔較多，組織不夠致密，但經(jīng)熱壓力加工后，一般均可焊合。一般鑄件都要求得到發(fā)達的等軸晶組織。中心等軸晶區(qū):354《金屬材料及熱處理》表面形核表面細(xì)晶區(qū)柱狀晶區(qū)等軸晶區(qū)柱狀晶的性能具有明顯的方向性，沿柱狀晶晶軸方向的強度較高。等軸晶性能均勻，無方向性；金屬加熱溫度高，冷卻速度大，鑄造溫度高和澆注速度大等，在鑄錠或鑄件的截面上將保持較大的溫度梯度，有利于獲得較發(fā)達的柱狀晶；鑄造溫度低，冷卻速度小時，截面溫度趨向均勻，有利于等軸晶的形成。二、金屬鑄錠結(jié)構(gòu)的特點55《金屬材料及熱處理》三、典型金屬鑄錠組織56《金屬材料及熱處理》按澆注前鋼液的脫氧程度鋼錠可分為：2、沸騰鋼鋼錠組織1、鎮(zhèn)靜鋼鋼錠組織3、半鎮(zhèn)靜鋼鋼錠組織

由深脫氧鋼澆鑄的鋼錠，鋼液經(jīng)鋁、硅等脫氧劑深度脫氧，使鋼中含氧量遠低于與碳平衡的含氧量，鋼液在澆注過程中不發(fā)生碳-氧反應(yīng)，無沸騰現(xiàn)象，處于鎮(zhèn)靜狀態(tài)。脫氧不完全的碳素鋼。一般脫氧后，鋼液中還留有高于碳氧平衡的氧量，因此，在澆注時發(fā)生碳-氧反應(yīng)，鋼液在鋼錠型內(nèi)呈沸騰現(xiàn)象脫氧程度較鎮(zhèn)靜鋼弱，但比沸騰鋼強的碳素鋼。鋼液在澆注前的氧含量接近或稍高于與碳氧平衡時的氧含量。當(dāng)其凝固時，一般只排出少量的氣體，在模內(nèi)進行短時間的微弱沸騰。三、典型金屬鑄錠組織57《金屬材料及熱處理》1、鎮(zhèn)靜鋼鋼錠組織大型鎮(zhèn)靜鋼鋼錠結(jié)構(gòu)及偏析示意圖1—激冷層2—柱狀晶帶3—過渡晶帶4—粗大等軸晶帶5—沉積錐6—倒V形偏析7—V形偏析8—疏松9—帽口縮孔優(yōu)點：鎮(zhèn)靜鋼鋼錠或鋼坯成分比較均勻，組織比較致密，軋成的鋼材具有良好的綜合力學(xué)性能，缺點：鎮(zhèn)靜鋼鋼錠頭部有縮孔，開坯時切頭損失大，成材率低。鋼錠結(jié)構(gòu)（由表面至中心）細(xì)小等軸晶的激冷層柱狀晶帶錠心粗大的等軸晶帶三、典型金屬鑄錠組織58《金屬材料及熱處理》2、沸騰鋼鋼錠組織優(yōu)點：純凈、堅實的外殼，軋成的產(chǎn)品表面質(zhì)量較好含碳、硅量較低，有良好的焊接、冷彎和沖壓性能頭部沒有集中縮孔，軋制成坯后切頭率低，且消耗脫氧劑和耐火材料少，故成本較低。缺點：偏析嚴(yán)重、組織不致密、力學(xué)性能波動較大。

只限于生產(chǎn)普通低碳鋼。鋼錠結(jié)構(gòu)（1）堅殼帶（2）蜂窩氣泡帶。（3）中心堅固帶（4）二次氣泡帶（5）錠心帶沸騰鋼鋼錠的典型結(jié)構(gòu)1—堅殼帶2—蜂窩氣泡帶3—中間堅固帶

4—二次氣泡帶5—錠心帶6-頭部疏松區(qū)三、典型金屬鑄錠組織59《金屬材料及熱處理》3、半鎮(zhèn)靜鋼鋼錠組織

偏析比沸騰鋼鋼錠少得多，但比鎮(zhèn)靜鋼鋼錠大。半鎮(zhèn)靜鋼鋼錠鋼錠結(jié)構(gòu)（由表面至中心）細(xì)小等軸晶的激冷層柱狀晶帶錠心粗大的等軸晶帶PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝6061知識點2：金屬鑄錠缺陷《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制任務(wù)5.2:了解金屬的鑄錠組織與缺陷61鑄錠缺陷的類型較多，常見的有偏析、縮孔、疏松、氣泡及夾雜物等，它們對性能是有害的.一、金屬鑄錠缺陷62《金屬材料及熱處理》松疏鋼錠先后結(jié)晶的各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象

一、金屬鑄錠缺陷硫在鋼錠中偏析的模擬結(jié)果1偏析

63《金屬材料及熱處理》通常在大型鎮(zhèn)靜鋼鋼錠中存在以下4個偏析帶：(1)沉積錐負(fù)偏析帶：分布在鋼錠下部1/3區(qū)域內(nèi)，具有較細(xì)的等軸晶結(jié)構(gòu)。(2)V形偏析帶：分布在鋼錠上半部軸心部位，通常與中心疏松伴生。(3)倒V形偏析帶：分布在等軸晶帶的過渡晶帶，由若干偏析線(胡須)組成，呈倒V形分布，其頂點位于縮孔區(qū)。(4)位于縮孔下的最大正偏析區(qū)，這一部分在鋼錠開坯時應(yīng)被切除。對于小型鎮(zhèn)靜鋼鋼錠或合金鋼鋼錠一般不存在明顯的偏析帶。大型鎮(zhèn)靜鋼鋼錠結(jié)構(gòu)及偏析示意圖1—激冷層2—柱狀晶帶3—過渡晶帶4—粗大等軸晶帶5—沉積錐6—倒V形偏析7—V形偏析8—疏松9—帽口縮孔由于液態(tài)金屬結(jié)晶時體積收縮且補縮不足造成的?？煞譃榧锌s孔和分散縮孔（疏松）。鑄錠出現(xiàn)集中縮孔在鍛軋前應(yīng)切除.而疏松在熱軋過程中可焊合。一、金屬鑄錠缺陷縮孔松疏2縮孔及疏松64《金屬材料及熱處理》不可避免；不允許存在的缺陷，生產(chǎn)中必須切除干凈。氣泡是指液態(tài)金屬中溶解的氣體或反應(yīng)生成的氣體在結(jié)晶時未逸出而存留于鑄錠中的氣泡一、金屬鑄錠缺陷鑄件中的氣孔3氣泡65《金屬材料及熱處理》鑄錠內(nèi)部封閉的氣孔可在加工過程中焊合?？吭诒韺拥臍饪讋t可能由于破裂氧化，在加工過程中不能焊合而形成裂紋。一、金屬鑄錠缺陷4夾雜66《金屬材料及熱處理》外來非金屬夾雜物來源于兩方面

內(nèi)生非金屬夾雜物鋼中非金屬夾雜物主要產(chǎn)生于鋼的冶煉和澆注凝固過程中，因此是不可避免的。主要是鋼水和外界（卷渣及耐火材料侵蝕）之間偶然的化學(xué)和機械作用產(chǎn)物）鋼水冷卻凝固過程中的析出產(chǎn)物（如金屬氧化物）其含量一般都很少，但是，它們對鑄錠的性能危害作用卻不可忽視，如破壞鋼基體連續(xù)性，使鋼的組織和性能不均勻性增加，易引起應(yīng)力集中，質(zhì)量降低。這種危害作用與非金屬夾雜物的類型、大小、數(shù)量、形態(tài)及分布有關(guān)。PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝67任務(wù)5.3：二元合金相圖的建立知識點4：共晶相圖及其合金的結(jié)晶《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制68共晶轉(zhuǎn)變（共晶反應(yīng)）：這種在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩種成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變過程。反應(yīng)式：ＬＥ→αＭ＋βＮ一、共晶反應(yīng)概念：兩組元在液態(tài)時無限互溶，在固態(tài)時有限互溶，并發(fā)生共晶反應(yīng)，所構(gòu)成的相圖稱為二元共晶相圖。69《金屬材料及熱處理》Pb-Sb，A1-Si，Pb-Sn，Ag-Cu等二元合金均具有共晶相圖。二、二元共晶相圖分析（相圖三要素）點：純組元熔點（A,B)；最大溶解度點（M,N,F,G)；共晶點E（是亞共晶、過共晶合金成分分界點，三相共存點）。Pb—Sn合金相圖70二、二元共晶相圖分析（相圖三要素）MEN共晶線AE液相線勻晶轉(zhuǎn)變開始線AM固相線勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)束線NG—Pb在β相中溶解度曲線MF—Sn在α相中溶解度曲線EB液相線勻晶轉(zhuǎn)變開始線NB固相線勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)束線71線：液相線（AEB）；固相線（AMENB）；共晶線(MEN)；結(jié)晶開始線(AE,EB)；結(jié)晶結(jié)束線(AM,NB)；溶解度曲線(MF,NG)等。二、二元共晶相圖分析（相圖三要素）共晶線：MEN線共晶溫度：ＴＥ；共晶點：E點共晶液相成份點；

共晶組織：（αＭ＋βＮ）再相交錯分布的機械混合物；過冷度越大，共晶組織愈細(xì)。在共晶線上，凡成分位于共晶點以左的合金成為亞共晶合金，位于共晶點以右的合金稱為過共晶合金。72《金屬材料及熱處理》LEαM+βN

183℃相區(qū)接觸法則：相圖中相鄰相區(qū)的相數(shù)只能差1.二、二元共晶相圖分析（相圖三要素）L單相區(qū)L+α雙相區(qū)α+β雙相區(qū)(L+α+β)三相共存區(qū)L+β雙相區(qū)β單相區(qū)α單相區(qū)73區(qū)：3個單相區(qū)(液相區(qū)L,固相α,β)；3個兩相區(qū)(L+α,L+β,α+β)；1個三相區(qū)(L+α+β)--共晶線(MEN水平線)。α:Pb熔劑(Sn溶質(zhì))β：Sn熔劑(Pb溶質(zhì))

L1L+α2α3α+βⅡ三、典型合金結(jié)晶過程分析無共晶反應(yīng)的合金（Wsn≤

19.2%）

以合金Ⅰ為例，其冷卻曲線及結(jié)晶過程如圖所示。室溫組織α+βⅡ勻晶反應(yīng)共晶反應(yīng)---二次結(jié)晶二次結(jié)晶：由固溶體中析出另一個固相的過程，也稱為脫溶過程，即過飽和固溶體的分解過程。123室溫組織:（α+βⅡ

）

相組成：α+β174同理，N點右側(cè)的合金在冷卻過程中會有β和αⅡ生成，最終組織為β+αⅡ三、典型合金結(jié)晶過程分析123無共晶反應(yīng)的合金（Wsn≥97.5%）175《金屬材料及熱處理》三、典型合金結(jié)晶過程分析室溫組織（α＋β）Lc（α+β）室溫組織:（α＋β）

相組成：α+β共晶合金Ⅱ（Wsn=61.9%）熔點最低，液相線、固相線重合。27619.261.997.5共晶合金Ⅱ277《金屬材料及熱處理》三、典型合金結(jié)晶過程分析亞共晶合金Ⅲ（19.2%≤Wsn≤

61.9%）三、典型合金結(jié)晶過程分析室溫組織:α+（α+β)共+βⅡ

相組成：α+βL1L+α2（α+β)共+α3

（α+β)共+α+βⅡ勻晶反應(yīng)共晶反應(yīng)2以下先共晶相α+（α+β)共晶組織+二次相βⅡ123378三、典型合金結(jié)晶過程分析亞共晶合金結(jié)晶過程示意圖結(jié)晶過程：L1L+α

2（α+β)共+α

3

（α+β)共+α+βⅡ勻晶反應(yīng)共晶反應(yīng)亞共晶合金Ⅲ（19.2%≤Wsn≤

61.9%）379《金屬材料及熱處理》過共晶合金Ⅳ（61.9%≤Wsn≤

97.5%）三、典型合金結(jié)晶過程分析12室溫組織：(α+β)共+β+αⅡ

相組成：α+β結(jié)晶過程：L1L+β2（α+β)共+β3

（α+β)共+β+αⅡ勻晶反應(yīng)共晶反應(yīng)480《金屬材料及熱處理》Pb-Sn合金結(jié)晶的相組成物只有α和β兩相；不同方式析出α和β相（α、β、αⅡ、βⅡ、(α+β)共）在顯微鏡下各具有不同的組織特征，稱為組織組成物；相組成物和組織組成物標(biāo)明相圖。四、二元共晶相圖及合金的結(jié)晶小結(jié)81《金屬材料及熱處理》兩組元液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的相圖結(jié)晶過程中發(fā)生L→

（α+β）的共晶轉(zhuǎn)變，并有溶解度變化共晶相圖及固溶體的結(jié)晶二元共晶相圖固態(tài)下形成兩相混合物共晶體，具有較高的強度、硬度小結(jié)《金屬材料及熱處理》82兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶的合金相圖結(jié)晶過程中液固兩相成分隨結(jié)晶溫度的變化而不斷變化相圖小結(jié)二元勻晶兩組元液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的相圖結(jié)晶過程中發(fā)生L（α+β）的共晶轉(zhuǎn)變，并有溶解度變化二元共晶勻晶相圖—固態(tài)下形成單相固溶體，具有良好的綜合力學(xué)能共晶相圖—固態(tài)下形成兩相混合物共晶體，具有較高的強度、硬度相圖相圖與性能合金的相圖83《金屬材料及熱處理》延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝84知識點1：相圖的建立及分析

項目5金屬的結(jié)晶過程與控制《金屬材料及熱處理》任務(wù)5.3：認(rèn)識二元合金相圖的建立853．相圖合金相圖是表明在平衡條件下，合金組織狀態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系的圖。相圖上所表示的組織都是十分緩慢冷卻的條件下獲得的，都是接近平衡狀態(tài)的組織。是進行金相分析、制定鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等熱加工工藝的重要依據(jù)。一、相圖的相關(guān)概念1．組元：組成合金的最簡單、最基本，能夠獨立存在的物質(zhì)。但在所研究的范圍內(nèi)既不分解也不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定化合物也可稱為組元，如Fe3C看作一組元。2．合金系由兩個或兩個以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金8686《金屬材料及熱處理》

相圖的表示方法：二、二元合金相圖的建立8787相圖是一個材料系統(tǒng)在不同的化學(xué)成分、溫度、壓力條件下所處狀態(tài)的圖形表示，因此，相圖也稱為狀態(tài)圖。相圖都是在平衡條件(極緩慢冷卻)下測得的，所以，相圖也稱為平衡相(狀態(tài))圖。對于成分單一的純物質(zhì)，如純水、純金屬、純氧化物等，由于沒有成分的變化，一般采用壓力-溫度相圖。對于常用的合金相圖，因為壓力的影響很小，不再把壓力當(dāng)作變量考慮，用縱、橫兩個坐標(biāo)分別表示溫度和成分，而采用溫度-成分相圖?！督饘俨牧霞盁崽幚怼废鄨D中的相是指具有相同的狀態(tài)(氣、液、固)、相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的區(qū)域。

目前，合金狀態(tài)圖主要是通過實驗測定的，且測定合金狀態(tài)圖的方法很多，但應(yīng)用最多的是熱分析法。二、二元合金相圖的建立配制合金測冷卻曲線確定轉(zhuǎn)變溫度填入坐標(biāo)繪出曲線過程：8888

相圖的測定方法：《金屬材料及熱處理》以Cu—Ni合金相圖測定為例，說明熱分析法的應(yīng)用及步驟：1）配制不同成分的合金試樣，

如Ⅰ純銅；Ⅱ80%Cu+20%Ni；Ⅲ60%Cu+40%Ni；

Ⅳ40%Cu+60%Ni；Ⅴ20%Cu+800%NiⅥ純Ni。二、二元合金相圖的建立8989《金屬材料及熱處理》合金序號合金成分CuNi合金序號合金成分CuNiⅠⅡⅢ100080206040ⅣⅤⅥ406020800100二、二元合金相圖的建立以Cu—Ni合金相圖測定為例，說明熱分析法的應(yīng)用及步驟：2）測定各組試樣合金的冷卻曲線并確定其相變臨界點；

9090《金屬材料及熱處理》（3）將各臨界點繪在溫度—合金成分坐標(biāo)圖上；二、二元合金相圖的建立9191上臨界點：上相變點a,b…

液相線下臨界點：下相變點aˊ,bˊ…固相線a）冷卻曲線b）相圖（4）將圖中具有相同含義的臨界點連接起來，即得到Cu、Ni合金相圖。abab:液相線ab:固相線LL+

ααL:液相區(qū)α:固相區(qū)L+α:液固共存區(qū)AB溫度9292《金屬材料及熱處理》表示合金結(jié)晶的開始溫度或加熱過程中熔化終了的溫度。表示合金結(jié)晶的終了溫度或加熱過程中開始熔化的溫度。延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝93任務(wù)三：二元合金相圖的建立知識點3：勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制94勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變。La一、二元勻晶相圖勻晶相圖：兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶，冷卻時發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變的二元合金系相圖。例如Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、W-Mo等合金。9595《金屬材料及熱處理》Cu-Ni二元勻晶相圖9696《金屬材料及熱處理》一、二元勻晶相圖一、二元勻晶相圖兩點：純組元的熔點；

a：Cu的熔點

b：Ni的熔點液相區(qū)L固相區(qū)α液相線固相線兩相區(qū)L+αCu-Ni二元勻晶相圖相圖分析9797《金屬材料及熱處理》兩線：液相L線,固相S線；三區(qū)：液相區(qū)L,固相區(qū)α,

液固兩相并存區(qū)L+α。t1:析出α固溶體

L1→α1二、固溶體的結(jié)晶t2:液固共存

L2→α2t4:全部α

固溶體

L4→α4Cu-Ni二元勻晶相圖1．固溶合金平衡結(jié)晶過程t1前

:單一液相Lt4之后繼續(xù)冷卻，組織成分不再變化，為單一的α固溶體9898《金屬材料及熱處理》t3:液固共存

L3→α3二、固溶體的結(jié)晶固溶體合金平衡結(jié)晶過程的特點：

在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶；固相成分沿固相線變化；液相成分沿液相線變化。9999《金屬材料及熱處理》相的成分及其相對量2．合金的平衡結(jié)晶組織二、固溶體的結(jié)晶勻晶合金平衡結(jié)晶：在極其緩慢冷卻的條件下才能實現(xiàn)每個時刻都能達到平衡的結(jié)晶過程。每時刻結(jié)晶出的固溶體成分不同，但有足夠時間進行成分均勻化。100100Cu-Ni合金相圖及合金平衡結(jié)晶過程a)合金相圖b)固溶體合金平衡結(jié)晶過程示意圖

勻晶合金平衡結(jié)晶組織是均勻的固溶體，顯微組織與純金屬十分相似。二、固溶體的結(jié)晶勻晶轉(zhuǎn)變與純金屬結(jié)晶的比較①

相同點基本過程：形核－長大；熱力學(xué)條件：⊿T>0；能量條件：能量起伏；結(jié)構(gòu)條件：結(jié)構(gòu)起伏。②不同點：合金在一個溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。2．合金的平衡結(jié)晶組織101101《金屬材料及熱處理》平衡結(jié)晶的勻晶合金組織示意圖3．枝晶偏析及其消除二、固溶體的結(jié)晶由于實際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴散不充分。擴散過程總是落后于結(jié)晶過程，合金結(jié)晶是在非平衡的條件下進行的。這使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔點組元較多，合金的熔點較高，構(gòu)成晶體的樹枝狀骨架，后結(jié)晶出的部分含高熔點組元較少，熔點較低，填充于枝間。Cu-Ni合金枝晶偏析示意圖102102《金屬材料及熱處理》Cu-30%Ni合金的非平衡結(jié)晶組織這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析或稱樹枝狀偏析。冷速越大，液、固相線間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。出現(xiàn)枝晶偏析后，使合金材料的機械性能、耐蝕性能和加工工藝性能變壞。出現(xiàn)枝晶偏析后，可通過擴散退火(均勻化退火）予以消除。

一般采用將鑄件加熱到低于固相線100～200℃的高溫，進行長時間保溫，使偏析元素進行充分?jǐn)U散，成分均勻化。二、固溶體的結(jié)晶3．枝晶偏析及其消除103103《金屬材料及熱處理》兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶的合金相圖結(jié)晶過程中液固兩相成分隨結(jié)晶溫度的變化而不斷變化勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶二元勻晶相圖固態(tài)下形成單相固溶體，具有良好的綜合力學(xué)能小結(jié)《金屬材料及熱處理》104延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝105106106任務(wù)四：相圖與合金性能的關(guān)系知識點1：相圖與合金力學(xué)性能及物理性能的關(guān)系《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制一、合金的性能與相圖的關(guān)系107性能成分結(jié)晶特點組織成分不同相不同性能力學(xué)物理鑄造相圖成分結(jié)晶特點組織了解相圖與性能的聯(lián)系規(guī)律，就可以利用相圖大致判斷出不同成分合金的性能特點，并作為選用和配置合金、制定工藝的依據(jù)。二、相圖與合金的力學(xué)、物理性能的關(guān)系合金力學(xué)性能與相圖關(guān)系a)勻晶合金b)共晶合金108二、相圖與合金的力學(xué)、物理性能的關(guān)系勻晶合金力學(xué)性能與相圖關(guān)系109單相固溶體：當(dāng)合金形成單相固溶體時，隨溶質(zhì)元素溶入量的增加，合金的硬度、強度升高，產(chǎn)生固溶強化。固溶體合金的電導(dǎo)率與成分變化關(guān)系呈透鏡形曲線變化，在合金性能與成分的關(guān)系曲線上有一極大值或極小值。這是由于溶質(zhì)溶入溶劑而引起合金固溶強化。這是由于隨著溶質(zhì)組員含量的增加，晶格畸變增大，增大了合金中自由電子的阻力。二、相圖與合金的力學(xué)、物理性能的關(guān)系共晶合金力學(xué)性能與相圖關(guān)系110合金組織：當(dāng)合金形成兩相混合物時，在復(fù)相組織區(qū)域內(nèi)，合金的強度和硬度性能是兩相性能值的算術(shù)平均值。隨著成分的變化，合金的強度、硬度、導(dǎo)電率等性能在兩組成相的性能間呈線性變化；在共晶點處，共晶組織十分細(xì)密，形成的共晶組織細(xì)小，合金的強度和硬度將偏離直線關(guān)系而出現(xiàn)峰值。對于共晶成分或共析成分的合金，其性能還與兩組成相的致密程度有關(guān)，組織愈細(xì)，性能愈好。當(dāng)共晶組織十分細(xì)密，形成的共晶組織細(xì)小，合金的強度和硬度將偏離直線關(guān)系而出現(xiàn)峰值。當(dāng)合金形成穩(wěn)定化合物時，在化合物處性能出現(xiàn)極大值或極小值。延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝111112112任務(wù)四：相圖與合金性能的關(guān)系知識點2：相圖與合金鑄造性能的關(guān)系《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制合金鑄造性能與相圖關(guān)系a)勻晶合金b)共晶合金相圖與合金鑄造性能的關(guān)系合金的工藝性能與相圖有密切的聯(lián)系。鑄造性能是合金鑄造時表現(xiàn)出來的工藝性能，主要指液態(tài)合金的流動性以及產(chǎn)生縮孔、裂紋的傾向性等。鑄造性能與相圖中液相線和固相線之間的距離密切相關(guān)。液、固相線之間的距離越短，液態(tài)合金結(jié)晶的溫度范圍越窄，合金的流動性越好，對澆注和鑄件質(zhì)量越有利；相圖中液相線與固相線的距離愈寬，形成枝晶偏析的傾向越大，同時先結(jié)晶出的樹枝晶阻礙未結(jié)晶液體的流動，則流動性愈差，分散縮孔愈多，鑄造性能變差。113

1、單相固溶體固溶體中溶質(zhì)含量越高，澆鑄時合金流動性降低，澆鑄時不能充滿鑄型，凝固后形成許多分散的縮孔，鑄造性能愈差，此類合金不宜制作鑄件。單相固溶體的塑性變形能力大，變形均勻，壓力加工性能好。對鍛、軋制工藝來說，多采用單項固溶體合金。相圖中的單相合金不能進行熱處理，只有相圖中存在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、固溶度變化的合金才能進行熱處理。相圖與合金鑄造性能的關(guān)系114勻晶合金鑄造性能與相圖關(guān)系

2、兩相合金合金形成兩相混合物時，合金的鑄造性能與合金中共晶體數(shù)量有關(guān)，共晶體數(shù)量越多，鑄造性能越好。共晶成分的合金鑄造性能最好，即流動性好，分散縮孔少，偏析程度小，所以鑄造合金的成分常選共晶成分或接近共晶成分。鑄造時采取設(shè)置冒口的方法，并控制集中縮孔于冒口處，待鑄件成型后，再將冒口切除。兩相混合物的塑性變形能力差，可鍛性較差，但切削加工性較好。

特別是含有硬而脆的相，并沿著晶界呈網(wǎng)狀分布時，使塑性、韌性和綜合力學(xué)性能顯著下降，鍛、軋制性能最差。相圖與合金鑄造性能的關(guān)系《金屬材料及熱處理》115共晶合金鑄造性能與相圖關(guān)系小結(jié)相圖與合金鑄造性能的關(guān)系接近共晶成分的合金鑄造性能好，其它條件許可前提下，鑄造材料應(yīng)盡量選擇共晶成分或接近共晶成分的合金。鍛壓或軋制加工時盡量選擇單相固溶體的合金。《金屬材料及熱處理》116延遲符PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝任務(wù)5.5認(rèn)識鐵碳合金的結(jié)構(gòu)及相圖知識點3：典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制118過共析鋼一、典型鐵碳合金共析鋼亞共析鋼共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵鐵碳合金碳素鋼白口（鑄）鐵工業(yè)純鐵＜0.0218%0.0218～2.11%2.11～6.69%=0.77%=4.3%0.77～2.11%0.0218～0.77%2.11～4.3%4.3～

6.69%二、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析工業(yè)純鐵WC＜0.0218%L相1同素異構(gòu)δ相→A相A相→F相L相→δ相2F相中沿晶界析出片狀Fe3CⅢA相3546781．工業(yè)純鐵（C%≤0.0218%）平衡結(jié)晶過程相組成物：F+Fe3C

1．工業(yè)純鐵（C%≤0.0218%）平衡結(jié)晶過程相相對量：F%=Fe3C%=組織組成物：F和Fe3CIIIFe3CⅢ以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增加，合金的室溫下組織中Fe3CⅢ的最大量為:PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝123任務(wù)5.5認(rèn)識鐵碳合金的結(jié)構(gòu)及相圖知識點3：典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制124典型鐵碳合金亞共析鋼0.0218%<C%<0.77%L相冷卻L相→δ相包晶反應(yīng)L相+δ相→

γ相，并且L相有剩余剩余L相→

γ相γ單相的冷卻γ相→α相，但γ相有剩余共析反應(yīng)：剩余γ相→P（α+Fe3C）,存在先析α相134252．亞共析鋼0.0218%<C%<0.77%平衡結(jié)晶過程注意事項：先共析鐵素體（α相）在隨后的冷卻過程中會析出Fe3CⅢ，但量很少可忽略2．亞共析鋼0.0218%<C%<0.77%平衡結(jié)晶過程亞共析鋼室溫平衡組織：先共析鐵素體+珠光體P45鋼金相鐵素體珠光體珠光體鐵素體L→L+A→A→A+F先共析AS(0.77%C)→P室溫組織為：P+F

亞共析鋼的結(jié)晶過程2．亞共析鋼0.0218%<C%<0.77%平衡結(jié)晶過程PFPP(0.0218)S(0.77)0.4C利用杠桿定律計算組織組成物先析鐵素體與珠光體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計算相組成物鐵素體（先析鐵素體+P光體中的鐵素體）與滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算727℃下,組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)F組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)P組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算727℃下,相組成物（F，F(xiàn)e3C）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)F相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fe3C相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)FFe3CP(0.0218)K(6.69)0.4C含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織2．亞共析鋼0.0218%<C%<0.77%平衡結(jié)晶過程亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.0218~0.77%C范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。P%=F%=亞共析鋼的金相組織45＃鋼碳含量0.45％亞共析鋼用途實例60＃鋼碳含量0.60％亞共析鋼包括了碳素結(jié)構(gòu)鋼、低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼大量用于金屬結(jié)構(gòu)（建筑材料）和一般的機械零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼）是用來制造重要機械零件。使用前一般都要經(jīng)過熱處理來改善力學(xué)性能。PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝132任務(wù)5.5認(rèn)識鐵碳合金的結(jié)構(gòu)及相圖知識點3：典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制133典型鐵碳合金共析鋼WC=0.77%單相液體的冷卻勻晶反應(yīng)L相中析出γ相（奧氏體A）γ單相固溶體的冷卻γ相發(fā)生共析反應(yīng)生成珠光體P1323．共析鋼C%=0.77%平衡結(jié)晶過程珠光體3．共析鋼C%=0.77%平衡結(jié)晶過程室溫組織為：P（F+Fe3C）組織組成物：P

相組成物：F和Fe3C3．共析鋼C%=0.77%平衡結(jié)晶過程P：鐵素體（F）和滲碳體的兩相混合物，兩相的相對質(zhì)量是多少？滲碳體（黑色）鐵素體（白色基體）共析鋼的室溫平衡組織：P3．共析鋼C%=0.77%平衡結(jié)晶過程杠桿定律計算二元相圖中平衡狀態(tài)下兩平衡相的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

杠桿的支點是兩相合金的成分點，端點分別是兩個相的成分點。a相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fe3C相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)aFe3CA(0.0008)B(6.69)0.77C共析鋼的應(yīng)用舉例共析鋼應(yīng)用T8鋼碳含量0.80％組織結(jié)構(gòu)珠光體鐵素體和滲碳體呈片狀平行排列熱處理→很高的強度和硬度淬火回火后有較高硬度和耐磨性PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/PPT論壇：

《金屬材料及熱處理》謝謝140任務(wù)5認(rèn)識鐵碳合金的結(jié)構(gòu)及相圖知識點3：典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析《金屬材料及熱處理》項目5金屬的結(jié)晶過程與控制141典型鐵碳合金過共析鋼0.77～2.11%0.772.111.2單相液體的冷卻L相→γ相γ單相固溶體（奧氏體）的冷卻γ相中析出二次滲碳體（Fe3CⅡ）共析轉(zhuǎn)變：γ相→（α+Fe3C），存在Fe3CⅡ1342《金屬材料及熱處理》4．過共析鋼0.77%<C%<2.11%平衡結(jié)晶過程從奧氏體中析出的Fe3C稱為二次滲碳體4．過共析鋼0.77%<C%<2.11%平衡結(jié)晶過程Fe3CⅡ沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，使材料的整體脆性加大過共析鋼室溫平衡組織：珠光體P+Fe3CⅡ含1.4%C鋼的組織網(wǎng)狀的Fe3CⅡ珠光體網(wǎng)狀的Fe3CⅡ含1.4%C鋼的組織室溫組織：P+Fe3CⅡ過共析鋼的結(jié)晶過程相組成物：F，F(xiàn)e3C4．過共析鋼0.77%C%<2.11%平衡結(jié)晶過程組織組成物：P，F(xiàn)e3CII

利用杠桿定律計算相組成：鐵素體與滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)利用杠桿定律計算組織組成：珠光體與二次滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

過共析鋼應(yīng)用舉例過共析鋼應(yīng)用T12鋼碳含量1.2％組織結(jié)構(gòu)珠光體+滲碳體滲碳體分布沿原奧氏體晶界成網(wǎng)狀分布熱處理→很高的強度和硬度脆性增大,強度明顯下降不能完全退火；采用不完全淬火《金屬材料及熱處理》《金屬材料及熱處理》碳素鋼平衡結(jié)晶過程148亞共析鋼室溫平衡組織：先共析鐵素體+珠光體P鐵素體珠光體含1.4%C鋼的組織過共析鋼室溫平衡組織：珠光體P+Fe3CⅡ共析鋼的室溫平衡組織：P珠光體由于形成條件不同，合金中各相構(gòu)成的晶粒將以不同的數(shù)量、形狀、大小和分布相組合，就在顯微鏡下形成了不同的組織組成物。碳素鋼的室溫基本相都是F+Fe3CPPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：