本次课内容 2 金属材料组织和性能的控制 2.2合金的结晶 2.2.1二元合金的结晶 1、发生匀晶反应的合金的结晶☆ 2、发生共晶反应的合金的结晶女 3、发生包晶反应的合金的结晶 4、发生共析反应的合金的结晶文 5、含有稳定化合物的合金的结晶 2.2.2合金的性能和相图的关系 1、合金的使用性能和相图的关系 2、合金的工艺性能与相图的关系
本次课内容 2 金属材料组织和性能的控制 2.2 合金的结晶 2.2.1 二元合金的结晶 1、发生匀晶反应的合金的结晶 2、发生共晶反应的合金的结晶 3、发生包晶反应的合金的结晶 4、发生共析反应的合金的结晶 5、含有稳定化合物的合金的结晶 2.2.2 合金的性能和相图的关系 1、合金的使用性能和相图的关系 2、合金的工艺性能与相图的关系
● 2.2合金的结晶(alloy crystallization) 材料存在的聚合状态和结构取决于 温度、压力以及其邻近的其他材料 糖在水中溶解度随温度上升而提高 冰在-6℃以上遇盐变为水 冰不光滑，摩擦系数大，但在适度 压力可转化为水 妙啊 NEWSSC.ORG 新华网 材料在给定温度、压力及成分下是平衡态
2.2 合金的结晶 (alloy crystallization) 材料存在的聚合状态和结构取决于 温度、压力以及其邻近的其他材料 材料在给定温度、压力及成分下是平衡态 糖在水中溶解度随温度上升而提高 冰不光滑，摩擦系数大，但在适度 压力可转化为水 冰在-6℃以上遇盐变为水
铜： a=b=c=0.36149nm 2.2合金的结晶(alloy crystallization 镍：a-b-c-0.35288nm 2.2.1二元合金的结晶(binary alloy~) 相图(phase diagrams): 合金系在平衡条件下各种相 1、发生匀晶反应的合金的结晶☆ 之间关系的简明示图。 匀晶反应 1500 如何理解变温结晶？ 种液相在变温下逐渐 L b 1400 生成一种固相的反应 liquidus 1300 匀晶相图 L 1200 solidus (isomorphous phase diagrams) 对1100 两组元在液态下无限互 108 1000 溶，在固态下也无限互 溶，冷却时发生匀晶反 900 应形成的相图 0 20 40 60 80 100 Cu w(Ni)/% Ni (1)相图分析 图2-11CrNi合金相图
2.2 合金的结晶 (alloy crystallization) 2.2.1 二元合金的结晶(binary alloy~) 匀晶反应 一种液相在变温下逐渐 生成一种固相的反应 匀晶相图 (isomorphous phase diagrams) 两组元在液态下无限互 溶，在固态下也无限互 溶，冷却时发生匀晶反 应形成的相图 (1) 相图分析 如何理解变温结晶？ 相图(phase diagrams)： 合金系在平衡条件下各种相 之间关系的简明示图。 铜：a=b=c=0.36149nm 镍：a=b=c=0.35288nm liquidus solidus 1、发生匀晶反应的合金的结晶
2.2合金的结晶(alloy crystallization) 2.2.1二元合金的结晶(binary alloy--) 1、发生匀晶反应的合金的结晶☆ (2) 结晶过程 Monel400钢管 1500 1400 1300 1200 a 1100 1000 900 0 20 40 60b80 100 时间 Cu w(Ni)/% Ni 图2-12 匀晶相图合金的结晶过程
(2) 结晶过程 2.2.1 二元合金的结晶(binary alloy~) 2.2 合金的结晶 (alloy crystallization) Monel 400钢管 1、发生匀晶反应的合金的结晶
L40 g52 1500 L40 1400 L32 aijejadwL 1300 0 32 52 (First solid) 5 28 40 1200 (Last liquid) 1100 Cu 20 40 60 80 Ni Weight percent nickel Figure 10-15 The change in structure of a Cu-40%Ni alloy during equilibrium solidification. The nickel and copper atoms must diffuse during cooling in order to satisfy the phase diagram and produce a uniform equilibrium structure
1、发生匀晶反应的合金的结晶 (3) 结晶特点 与纯金属一样，固溶体结晶的过程中，也包括生 核与长大两过程，但更趋于呈树枝状长大。 与纯金属不一样，固溶体结晶在一个温度区间内进 行，即为一个变温结晶过程。 在两相区内，温度一定时，两相的成分（即Ni质量分 数）是确定的。 确定相成分的方法 液相与固相成分的变化规律 2.2.1 二元合金的结晶(binary alloy~) 2.2 合金的结晶 (alloy crystallization)
2.2合金的结晶(alloy crystallization) 2.2.1二元合金的结晶(binary alloy~) 1500 1400 1、发生匀晶反应的合金的结晶★ 1300 1200 L+a (3)结晶特点 1100 1000 ④两相质量也是一定的 900 3 杠杆定律(the Lever Rule) 0 20 40 100 Cu (N)/% bc 杠杆定律 phase percent opposite.arm·of·lever ×100% ab total-length·of.tie·line ·杠杆定律的证明 金=+ 0合金·b=Qz·a1+Q●c ·杠杆定律的应用条件 c-b 平衡状态下的两相区。 b-a ab
(3) 结晶特点 两相质量也是一定的 ——杠杆定律(the Lever Rule) 杠杆定律 1 1 1 1 a b b c Q QL = Q合金 = QL + Q 1 1 1 Q b Q a Q c L • = • + • 合金 1 1 1 1 1 1 1 1 a b b c b a c b Q QL = − − = ▪ 杠杆定律的证明 ▪ 杠杆定律的应用条件 平衡状态下的两相区。 2.2.1 二元合金的结晶(binary alloy~) 2.2 合金的结晶 (alloy crystallization) 100% = total length of tie line opposite arm of lever phase percent 1、发生匀晶反应的合金的结晶
2.2合金的结晶(alloy crystalliza 2.2.1二元合金的结晶binary allo 1、发生匀晶反应的合金的结 (3)结晶特点 ⑤枝晶偏析与扩散退火 05e 枝晶偏析(interdendritic segregation):在固溶体结晶过程 中，两相区各温度下的固相成分是不同的，在冷却过快时， 原子扩散不能充分进行，此时会造成一个晶粒内化学成分的 分布不均，这种现象称为~。 扩散退火(homogenization heat treatment)：合金加热 到低于固相线100℃的温度，并长时间保温，使原子充分扩 散，获得成分均匀的固溶体，这种处理称为~
1、发生匀晶反应的合金的结晶 (3) 结晶特点 ⑤ 枝晶偏析与扩散退火 枝晶偏析(interdendritic segregation)：在固溶体结晶过程 中，两相区各温度下的固相成分是不同的，在冷却过快时， 原子扩散不能充分进行，此时会造成一个晶粒内化学成分的 分布不均，这种现象称为~ 。 扩散退火（homogenization heat treatment）：合金加热 到低于固相线100℃的温度，并长时间保温，使原子充分扩 散，获得成分均匀的固溶体，这种处理称为~ 。 2.2.1 二元合金的结晶(binary alloy~) 2.2 合金的结晶 (alloy crystallization)
2.2合金的结晶(alloy crystallization) 2.2.1二元合金的结晶(binary alloy~-) 共晶体(eutectic》 二次结晶(codyiion) 2、 发生共晶反应的合金的结晶 二次相(secondsolid phase) 6区、3点、7线 共晶反应 一种液相在恒温下同时 328 生成两种固相的反应 ● 共晶相图 232 2183 L+8 (eutectic phase diagrams) 61.9 两组元在液态下无限互 a+B 溶，在固态下有限互溶 solvus 冷却时发生共晶反应形 c'3 d'2 Pb XI X3 X2 X4 Sn 成的相图 w(Sn)/%- (1)相图分析 图2-15PbSn合金相图
共晶反应 一种液相在恒温下同时 生成两种固相的反应 两组元在液态下无限互 溶，在固态下有限互溶， 冷却时发生共晶反应形 成的相图 (1) 相图分析 6区、3点、7线 共晶体（eutectic） 二次结晶(secondary solidification) 二次相（second solid phase） 2.2.1 二元合金的结晶(binary alloy~) 2.2 合金的结晶 (alloy crystallization) 共晶相图 (eutectic phase diagrams) solvus 2、发生共晶反应的合金的结晶
2.2合金的结晶(alloy crystallization) 组织组成物(microconstituent) 合金中那些具有确定本质、 2.2.1二元合金的结晶(binary alloy>-) 一定形成机制和特殊形状 的组成部分。 2、发生共晶反应的合金的结晶☆ 组织：a+Bm 组织组成物：α、m (2) 结晶过程 0合金I 组织组成相：d、阝 0 328 L+0 232 十c 12183 L+3 61.9d a+β +B 3 d'|2 3 4 Pb X3 X2 Sn 时间 w(Sn)/%- 图2-16合金T的结晶讨程 图2-15PbSn合金相图
(2) 结晶过程 合金Ⅰ 组织组成相：f、g 组织组成物：、Ⅱ 组织：+Ⅱ 2.2.1 二元合金的结晶(binary alloy~) 2.2 合金的结晶 (alloy crystallization) 组织组成物(microconstituent) 合金中那些具有确定本质、 一定形成机制和特殊形状 的组成部分。 2、发生共晶反应的合金的结晶
2.2合金的结晶(alloy crystallization) Liquid (61.9% Sn) 019%Sn B9n.5%5n 19%Sn Bg7.5%Sn 019%Sn B91.5%Sn (a) (b) Figure 11-11 (a)Atom redistribution during lamellar growth of a lead-tin eutectic.Tin atoms from the liquid preferentially diffuse to the B plates,and lead atoms diffuse to the a plates (b)Photomicrograph of the lead-tin eutectic microconstituent(x400)
2、发生共晶反应的合金的结晶 (2) 结晶过程 合金Ⅱ Ld c+ e 恒温 c cf+ Ⅱ e eg+ Ⅱ 组织： (+ ) 组成相：f、g 组成物：(+ ) 2.2.1 二元合金的结晶(binary alloy~) 2.2 合金的结晶 (alloy crystallization)