工程材料—合金的结晶

第二章
金属材料组织和性能的控制
第一节 纯金属的结晶
第二节
第三节 第四节 第五节
合金的结晶
金属的塑性加工 钢的热处理 钢的合金化
1
第二节
2.2.1
合金的结晶
二元合金的结晶
2.2.2
2.2.3
合金的性能与相图的关系
铁碳合金的结晶
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本节重点
1. 合金相图的表示方法 2. 杠杆定律 3. 匀晶转变和共晶转变的平衡凝固过程
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2. 共晶反应
Ⅰ
1 2 α 4 3 2 L+α α+β 3
过共晶合金组织的形态
Ⅲ 1 L
Ⅳ 1 L+β 2 β
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3. 包晶反应：由一固定成分的液相与一个固定成分 的固相作用，生成另一个成分固定的固相的反应。
LC+αD→βP
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4. 共析反应：由一个固相同时结晶出另外两个固相的反应。 共析反应可写成：γd → αc + βe
有同素异构转变——可进行再结晶退火和正火细晶
有溶解度变化——时效处理 有共析转变——淬火等热处理
分为发生匀晶反应、共晶反应、包晶反应、共析反应的合金 的结晶和含有稳定化合物的合金的结晶等。 1.匀晶反应：由液相结晶出单相固溶体的过程。
匀晶相图及其合金的结晶过程
结晶过程中，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。
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杠杆定律
杠杆定律：在两相区内，对 2. 1. 随着温度的降低，两 在两相区内，对应每 应每一确定的温度 T1，两相 相的成分分别沿液相线和 一确定的温度，两相的成 质量的比值是确定的。即 固相线变化。 分是确定的。 QL /Q=b1c1/a1b1 杠杆定律推论：在两 相区内，对应温度T1 时两相在合金b中的相 对质量各为 QL/QH=b1c1/a1c1 Q/QH=a1b1/a1c1 =1- QL/QH
a1
1
b1
c1
2
T1 T2
b
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QL bc Q ab ( L) ; ( ) Q合金 ac Q合金 ac
杠杆定律的适用范围： （1）只适用于相图中的两相区； （2）只能在平衡状态下使用 （3）支点为合金的成分点，两个端点为给定温度时两 相的成分
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例：将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后慢冷至如图温度T1,求此时:
1)两相的成分;
L, 50%Ni; α, 80%Ni
2)两相的重量比;
T1
80 60 L / 2 :1 60 50
3)两相的相对重量;
80 60 66.7% 80 50 60 50 ( ) 33.3% 80 50
( L)
4)两相的重量。
L重量 66.7% 50 33.4kg
T,C L
L中析出γ ——→ 1点开始 不断析出γ
L+ γ
L
1
L+
2
1-2之间 γ冷却 ————→ 2-3之间
————→ γ
γ
(α+β)
共析反应γ →α+β —————→ 3点时 α中析出βⅡ
Ⅱ

3 + + c d e + 4
————→α Ⅱ+βⅡ+(α+β) β中析出α
3-4之间
重量 33.3% 50 16.7kg
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2. 共晶反应：由液相同时结晶出两个固相的反应。
共晶反应可写成：Ld → αc + βe
Ⅱ L L+α α α+β 2 1 L+β β
共晶合金组织的形态
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2. 共晶反应
Ⅲ
亚共晶合金组织的形态
亚共晶合金的平衡凝固
α初中析出βⅡ 共晶反应L→α+β L析出α L ——→L+ α初 —————→ α初+(α+β) ————→α初+βⅡ+(α+β)
A
共析相图
B
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5. 含有稳定化合物的相图
把稳定化 合物看成 是独立的 组元，将 整个相图 为分向个 简单相图。
含有稳定化合物的相图
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2.2.2
合金性能与相图的关系
1．根据相图判断合金的物理性能
2．根据相图判别合金的工艺性能
2．根据相图判别合金的工艺性能
铸造性能： 共晶点附近的合金 熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，合金致密 压力加工性能： 单相固溶体 固溶体强度低，塑性好，变形均匀 热处理性能：根据升温过程的相变及其类型判断 无固态转变——不能进行热处理
4. 根据相图判断合金的工艺性能
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2.2.1 二元合金的结晶
纯金属：冷却曲线，状态（相）—温度、时间 合金：相图，状态（相）—温度、成分 相图（状态图、平衡 图）：表示合金系中合 金的状态与温度、成分 间的关系的图解。 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
4
根据结晶过程中出现的不同类型的结晶反应，可把结晶过程