第2章--金属材料组织和性能的控制2VIP专享VIP免费

2.2合金的结晶合金结晶过程复杂,用合金相图来分析。相图表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。平衡在一定条件下合金系中参与相变的各相的成分和质量分数不再变化。合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，可以认为是平衡的结晶过程。第一页，共六十四页。在常压下，二元合金的相状态决定于温度和成分。二元合金相图用温度—成分坐标系的平面图来表示。铜镍二元合金相图图中的每一点表示一定成分的合金在一定温度时的稳定相状态。第二页，共六十四页。2.2.1二元合金的结晶一、发生匀晶反应的合金的结晶1.结晶过程匀晶反应：L→α固溶体Cu-Ni、Fe-Cr、Au-Ag合金具有匀晶相图。Cu-Ni相图aa1c线为液相线,该线以上合金处于液相;ac1c线为固相线,该线以下合金处于固相。●单相区L相：液相,Cu和Ni形成的液溶体;α相：Cu和Ni组成的无限固溶体。●双相区:L+α相区。第三页，共六十四页。匀晶结晶过程第四页，共六十四页。2.匀晶结晶特点(1)形核与长大与纯金属一样,固溶体结晶也包括形核、长大两个过程。固溶体更趋向树枝状长大。(2)变温结晶固溶体结晶在一个温度区间内进行,变温结晶。第五页，共六十四页。(3)两相的成分确定在两相区内,温度一定时,两相的成分(即L相中Ni的质量分数和α相中Ni的质量分数)确定。过温度T1作水平线,交液相线和固相线于a1、c1。a1、c1点在成分轴上的投影点即为L相和α相中Ni的质量分数。随着温度的下降,液相成分沿液相线变化,固相成分沿固相线变化。匀晶结晶第六页，共六十四页。(4)两相的质量比一定在两相区，温度一定时,两相的质量符合杠杆定律。在T1温度时：QL:L相的质量;Qα:α相的质量;a1b1、b1c1为线段长度。液相的质量分数:α相的质量分数:第七页，共六十四页。老师提示杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点,支点为合金的成分点。杠杆定律只适用于相图中的两相区；杠杆定律只能在平衡状态下使用。第八页，共六十四页。(5)容易产生枝晶偏析固溶体结晶时成分变化。慢冷时原子扩散充分进行，固溶体成分均匀。快冷时原子扩散不充分，固溶体成分不均匀。枝晶偏析：在一个晶粒内化学成分分布不均匀。Cu-Ni合金枝晶偏析示意图对材料的机械性能、抗腐蚀性能、工艺性能都不利。扩散退火：把合金加热到低于固相线100℃左右,长时间保温,原子充分扩散,获得成分均匀的固溶体。第九页，共六十四页。二、发生共晶反应的合金的结晶Pb-Sn、Al-Si、Ag-Cu合金具有共晶相图。Pb-Sn合金相图中有三个单相区:L：Pb与Sn形成的液溶体α：Sn溶于Pb中的有限固溶体β：Pb溶于Sn中的有限固溶体三个双相区：L+α、L+β、α+β一条L+α+β三相共存线(水平线cde)。这种相图称共晶相图。Pb-Sn合金相图d点为共晶点,表示d点成分(共晶成分)的液相合金冷却到d点温度(共晶温度)时,共同结晶出c点成分的α相和e点成分的β相。Ld→(αc+βe)共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应，生成的两相混合物叫共晶体。发生共晶反应时三相共存,三相各自成分确定,恒温进行。第十页，共六十四页。Pb-Sn合金相图水平线cde为共晶反应线,成分在ce之间的合金平衡结晶时都会发生共晶反应。cf线为Sn在Pb中的溶解度线(α相的固溶线)。Sn含量大于f点的合金从高温冷却到室温时,从α相中析出β相，叫二次β：α→βII。eg线为Pb在Sn中溶解度线。Sn含量小g点的合金,冷却过程中同样发生二次结晶,析出二次α。第十一页，共六十四页。1.合金I的平衡结晶过程合金室温组织为α+βII。其组成相是：f点成分的α相g点成分的β相。运用杠杆定律,两相的质量分数为：第十二页，共六十四页。组织组成物可以是单相,或是两相混合物。组织组成物合金组织中那些具有确定本质,一定形成机制的特殊形态的组成部分。合金I的室温组织为α+βII组织由α和βII二部分组成,α和βII为组织组成物。组织组成物α和βII都为单相组成,所以组织组成物α、βII的质量分数与组成相α、β的质量分数相等。第十三页，共六十四页。2.合金II(共晶合金)的结晶过程合金的室温组织：共晶体(α+β)组织组成物：(α+β)组成相：α和β相共晶合金组织的形态第十四页，共六十四页。3.合金Ⅲ(亚共晶...