10讲 典型合金的结晶过程及组织
典型铁碳合金的结晶过程
一、共析钢的结晶过程图中Ⅰ表示共析钢（Wc＝0.77％），合金在1点以上为液体（L），当缓冷至稍低于1点温度时，开始从液体中结晶出奥氏体（A），A的数量随温度的下降而增多。
温度降到2点时，液体全部结晶为奥氏体。
2～S点之间，合金是单一奥氏体相。
继续缓冷至S点时，奥氏体发生共析转变，转变成珠光体（P）。
727℃以下，P基本上不发生变化。
故室温下共析钢的组织为P。
共析钢的结晶过程如下图。
二、亚共析钢的结晶过程图3－6中合金Ⅱ表示亚共析钢。
合金在1点以上为液体。
缓冷至稍低于1点，开始从液体中结晶出奥氏体，冷却到2点结晶终了。
在2～3点区间，合金为单一的奥氏体组织，当冷却到与GS线相交的3点时，开始从奥氏体中析出时，就会将多余的碳原子转移到奥氏体中，引起未转变的奥氏体的含碳量增加。
沿着GS线变化。
当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体含碳量增加到了Wc＝0.77％，具备了共析转变的条件，转变为珠光体。
原铁素体不变保留了在基体中。
4点以下不再发生组织变化。
故亚共析钢的室温组织为铁素体＋珠光体。
亚共析钢的结晶过程如图3－8所示。
三、过共析钢的结晶过程图3-6中合金Ⅲ表示过共析钢。
合金在1点以上为液体，当缓冷至稍低于1点后，开始从液体中结晶出奥氏体，直至2点结晶终了。
在2～3点之间是含碳时为合金Ⅲ奥氏组织。
缓冷至3点时，奥氏体中开始沿晶界析出渗碳体（即二次渗碳体）。
随着温度不断降低，由奥氏体中析出的二次渗碳愈来愈多，而奥氏体中的含碳量不断减少，并沿着ES线变化。
3～4点之间的组织为奥氏体＋二次渗碳体。
降至4点（727℃）时，奥氏体的成分达到了共析成分，于是这部分奥氏体发生共析反应，转变为珠光体。
在4点以下，合金的组织不再发生变化。
故室温组织为珠光体＋二次渗碳体。
过共析钢结晶过程如图3－9。
图3-6中合金Ⅲ表示过共析钢。
合金在1点以上为液体，当缓冷至稍低于1点后，开始从液体中结晶出奥氏体，直至2点结晶终了。
在2～3点之间是含碳时为合金Ⅲ奥氏组织。
合金的结晶
纯金属结晶后只能得到单相固体，合金结 晶后既可得到固溶体组织，也可获得单向的化 合物组织，最常见的是得到由固溶体和化合物 组成的多相组织。组元不同，获得固溶体和化 合物的类型不同。即使组元确定后，结晶后所 获得的相的性质、数目及其相对含量也会随着 温度和合金成分改变而变化。为了研究不同合 金中相的存在状态和合金成分与温度直接的变 化规律，就要利用相图这一工具。
100%B
100%A
成分
共晶相图的建立
铅锑ti
• • • • • •
共晶反应的条件： 1）温度是确定的，即水平线的温度。 2）成分是确定的，即共晶点的成分。 共晶体的特点： 1）组成共晶体的两个固相的相对量是一定的。 2）在显微镜下具有独特的形貌，多样形态 （视为一种组织）。 • 3）组织较细密。
这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变 或匀晶反应。
2、合金的平衡结晶过程
匀晶转变的平衡结晶过程：L→L+a →a 以Ⅰ点成分Cu-Ni合金（Ni的质量分数为40%）为例分析结晶 过程。 匀晶结晶有下列特点： a）与纯金属一样，α固溶体从液相中结晶出来的过程中，也包 括有生核与长大两个过程，但固溶体更趋向于树枝状长大。 b ）固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即为一个变温结晶 过程。 c）在两相区内，温度一定时，两相的成分（即Ni含量）是确定 的。 d) 两相区内，温度一定，两相相对量一定。
SA+(SA+SB)
SB +(SA+SB)
100%B
100%A
成分
共析相图
匀晶L 共晶L+ 共析 +
特性线：液相线
区：L α L+α
固相线
相图分析
简述纯金属结晶过程的结晶过程及形核
简述纯金属结晶过程的结晶过程及形核
纯金属的结晶过程：
1.熔融：首先，将金属材料以高温进行熔融，使它变成一种流体状态，以便更
好地发挥凝固时形成结晶体的能力。
2.凝固：凝固过程是将高温熔融液金属冷却而形成晶体的过程。
当熔融液不断
冷却时，它会变得更加粘稠，这样分子之间的相互作用才会明显增强，从而使它们朝向结晶的方向发展。
3.形核：经过凝固过程后，原子之间的作用形成结晶的起始点，即所谓的形核。
最初的形核通常很小，晶体以它为中心，不断得到更多的金属原子，最终在将结晶物构建完成后，结晶体宣告形成。
4.排列：当金属原子结晶后，它们会按照一定的规律排列。
当结晶受到冷却作
用后，原子按照固定的结构进行排列，可以形成完美的三维晶体。
5.结晶体：结晶体形成时，会形成均匀的金属晶体，经不断凝固，结晶体会提
高它的稳定性，使晶体拥有良好的力学性能。
以上就是纯金属结晶过程及其形核的详细描述，因为结晶过程是金属成型的必经步骤，所以对金属成型性能有着至关重要的影响。
只有掌握正确的结晶过程和形核，才能让金属材料达到最佳的性能。
合金的结晶过程较为复杂,通常运用合金相图来分析合金结晶...
LE C N
恒温
3）cf：为Sn在Pb中的溶解度线（或α相的固溶线）。温度降低， 固溶体的溶解度下降。从固态α相中析出的β相称为二次β，常 写作βⅡ。这种二次结晶可表示为：α→βⅡ 。 4）eg：为Pb在Sn中溶解度线（或相的固溶线）。Sn含量小于g 点的合金，冷却过程中同样发生二次结晶，析出二次α；即 β→αⅡ。
2）固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即 为一个变温结晶过程。
工程材料原理
温 度 L4 A 1083℃ L3 L2 t4
I L1 t3
L L+α t α 1 t2 α α 3 2
B 1452℃
1
L L α
、α 4 3
α
α
Cu
XL X0 Xα Ni % Ni （a） （b） 图3-4 Cu-Ni合金相图
工程材料原理
1. 发生匀晶反应的合金的结晶
匀晶转变：从液相中不断结晶出单相固溶体的过程 称为匀晶转变。 匀晶相图：二组元在液态、固态时均能无限互溶的 二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合金系 称为匀晶系。 属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、AgAu、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合 金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类 相图是学习二元合金相图的基础。
20%Ni
1. 纯金属冷却曲线上有水平台阶，是 TNi 因为凝固时释放的结晶潜热补偿了 冷却时的热量散失，故温度不变； 说明纯金属凝固是恒温过程；
T2. Cu
100%Cu
时间
Cu-Ni合金相图的测绘 冷却曲线
合金冷却出现二次转折，是因为合 金凝固时释放的结晶潜热只能部分 补偿冷却时的热量散失，使冷却速 Cu 20 40 60 80 Ni 率降低，出现第一个拐点，凝固结 Ni % 束后，没有潜热补偿，冷却速率加 快，出现第二个拐点，两个点分别 为凝固开始点和凝固结束点。
共晶相图及其合金的结晶
第十讲共晶相图及其合金的结晶第五节共晶相图及其合金的结晶一、主要内容：相图分析典型合金的平衡结晶及其组织不平衡结晶及组织比重偏析和区域偏析二、要点：二元共晶相图的合金及特点，二元合金相图的特征（区、线、点），典型合金的平衡结晶过程及组织形貌，不平衡结晶的概念及组织，三、方法说明：重点讲解二元合金相图的特征和典型合金的平衡结晶过程及组织形貌。
授课内容：两组元在液态时无限互溶，在固态时有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图叫二元共晶相图。
（以铅锡合金为例进行说明：）一、相图分析液相线，固相线，溶解度曲线。
单相区，两相区。
三相共存区。
共晶反应LE＝α＋β共晶组织：共晶线，共晶点，共晶温度，共晶合金，亚共晶合金，过共晶合金。
杠杆定律对平衡相的计算：（举例说明）二、典型合金的平衡结晶及其组织以铅锡共晶合金为例进行说明：1、含锡量小于19％的铅锡合金的平衡结晶过程2、共晶合金的平衡结晶过程3、亚共晶合金的平衡结晶过程4、过共晶合金的平衡结晶过程三、不平衡结晶及组织伪共晶在平衡凝固条件下，只有共晶成分的合金才能得到全部的共晶组织。
然而在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。
离异共晶由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。
四、比重偏析和区域偏析（简介）。
合金结晶
第六章 合金结晶及其组织形态§ 6-1 合金凝固时的溶质分布一、溶质在液固两相中的分布1．合金结晶的基本规律一般合金结晶首先经过匀晶相区；结晶过程＝形核＋核长大；形核为液固界面形成过程，核长大为液固界面向液相区方向推进过程；无论是否平衡结晶，液固界面上溶质的浓度应分别处于平衡相图的液、固相线上； 无论是否平衡结晶，随温度下降，液固界面上固相成分沿相图固相线变化，液相成分沿相图液相线变化；造成液固界面成分变化及维持相平衡均由原子的迁移和扩散实现；不平衡结晶时，晶粒内部与晶界处溶质浓度不同，导致枝晶偏析。
以上总结的结晶基本规律与现象是分析结晶时溶质分布规律的基础。
2．平衡分配系数具有匀晶转变的合金C 0结晶，液固界面推进时成分分别沿相图液固相线变化。
若在T 0温度时，液固界面液相成分为C L ，固相成分为C S ，则定义其比值k 0为平衡分配系数：Ls C C k =0 根据相图液、固相线斜率不同，平衡分配系数有k 0<1及 k 0>1之分。
k 0数值大小反映了液固相线偏离程度或在一定温度下液、固两相中溶质浓度的差别程度。
k 0<1时的值越小及 k 0>1时的值越大，液、固两相中溶质平衡浓度差别越大。
若将液、固相线近似看作直线，则在任何温度下k 0均为常数。
二、平衡结晶时的溶质分布结晶条件：平衡结晶，溶质有充分时间迁移，在液固两相中完全混合。
合金成分为C0的合金结晶，k0<1（固相中溶质含量低于液相）。
取铸模中结晶单元体，或单向散热的棒状合金模型，设液固界面推进方向与散热方向相反，结晶总长为L。
根据平衡相图，分析由于溶质分布在界面和内部的变化引起界面推进而形成结晶的过程如下：不断降温使上述过程持续，最终在凝固终了温度使固相整体达到C0成分，结晶结束。
在固相中，成分均匀化依靠原子扩散，速率较小；在液相中，成分均匀化除依靠原子扩散外，更依靠液体中的对流，速率较快。
--合金的晶体结构及结晶
定义：当冷却速度较快时，晶粒中先结晶的（高熔点）树 枝晶轴成分和后结晶（低熔点）的树枝晶成分上存在差异 的现象。
影响：枝晶偏析对材料的力学性能、抗腐蚀性能及工艺性 能都不利。
影响因素：
(1)冷却速度 (2)结晶温区（液相与固相的垂直距离）
解决措施：把合金加热到高温（低于固相线100℃左右，并 进行长时间保温，使原子充分扩散，从而获得成分均匀的 固溶体——扩散退火
具体方法： （1）确定两平衡相的成分（浓度） 做通过某点温度的水平线，与液相线交点即 为L相成分；与固相线交点即为α相成分。 （2）确定两平衡相相对含量
T,C
1500
1400
1300
1200
1100 1000
a
Cu
（2）
QL
X1
X
20 b 40 60
Ni%
1455
c
Qα
（1）
T1
X2
Ni 80 100
凝固过程：
水（液相）
水+冰 （双相）
冰（固相）
铁素体（ F ）白色
Fe3 C
Fe-C合金 中的相— —F+Fe3 C
组织—— 相的形状、分布、组合状态。
双相组织（F+ Fe3 C）
单相组织（F）
合金中两类基本相：
固溶体 —— 合金在固态下由组元间相互溶解而形成 的晶体结构与某一组员相同的新相称为固溶体，其中 与合金的晶体结构相同的组元称为溶剂，其余的称为 溶质。
பைடு நூலகம்
eg. 求某含 Ni的量为 X%铜镍 合金，在 T1温度下 液相的重 量为QL 与 α相的 重量为Q α。
（1）做T1温度的水平线，则其与液相线的交点
10讲典型合金的结晶过程及组织
10讲典型合金的结晶过程及组织合金是由两种或两种以上金属或非金属形成的固溶体。
其结晶过程和组织是影响合金性能的重要因素之一、下面将介绍典型合金的结晶过程及组织。
1.铝合金：铝合金具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空、汽车和建筑行业。
铝合金的结晶过程通常是由凝固开始的。
在凝固过程中，铝合金中的铝元素会首先形成υ-铝相，然后通过固溶处理形成其他相。
根据冷却速度的不同，可以形成不同的组织，包括固溶相、沉淀相和旁边生成相。
合金中的其他合金元素和固溶相会形成固溶体，而沉淀相和旁边生成相会形成强化相。
合金中的成分和处理工艺可以调整组织和性能。
2.钢铁：钢铁是一种铁碳合金，主要由铁和碳构成，同时还含有其他合金元素。
钢铁的结晶过程存在一定的复杂性，具体取决于钢铁的成分和处理工艺。
一般来说，钢铁的结晶过程包括固溶处理和相变。
在固溶处理中，钢铁中的合金元素会溶解在铁基体中，形成固溶体。
当冷却到一定温度时，固溶体会发生相变，从而形成不同的组织结构，如奥氏体、珠光体和渗碳体。
组织的形成会影响钢铁的力学性能和耐腐蚀性能。
3.镁合金：镁合金具有低密度、高比强度和良好的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车和电子行业。
镁合金的结晶过程和组织与铝合金类似，也是通过凝固和固溶处理来调控。
在凝固过程中，镁合金中的镁元素会首先形成α-Mg相，然后通过固溶处理形成其他相。
由于镁元素的活性较大，镁合金的固溶处理温度较低。
在固溶处理过程中，其他合金元素会溶解在镁基体中，形成固溶体。
合金中的其他元素也可以形成沉淀相，进一步增强合金的强度和硬度。
4.铜合金：铜合金是由铜和其他合金元素构成的合金，具有优异的导电性能和耐腐蚀性能。
铜合金的结晶过程和组织取决于合金中的成分。
一般来说，铜合金可以通过固溶处理和沉淀硬化来调控。
在固溶处理过程中，合金中的合金元素会溶解在铜基体中，形成固溶体。
通过合适的热处理工艺，可以使合金中的合金元素形成沉淀相，从而增加合金的硬度。
t10钢的结晶过程及组织状态
t10钢的结晶过程及组织状态结晶是固态金属在固态化学反应中，发生了原子或分子的重新排列形成晶体的过程。
钢是一种合金，其中含有铁和碳，以及其他合金元素。
t10钢是一种碳钢，其主要成分为铁和碳。
在钢的结晶过程中，原子或分子会逐渐排列有序，形成晶体结构，从而影响钢的组织状态和性能。
在t10钢的结晶过程中，首先需要进行熔炼。
熔炼过程中，将t10钢的原料放入高温炉中进行加热，使得原料熔化。
随后，通过冷却，原料逐渐凝固形成固体。
在凝固过程中，原子或分子会重新排列有序，形成晶体。
t10钢的组织状态主要包括铁素体、珠光体和贝氏体等。
铁素体是钢中最基本的组织，是由α铁晶体组成的。
珠光体是由铁素体和碳骨架组成的结构，具有一定的韧性和抗拉强度。
贝氏体是在钢中形成的一种组织，具有较高的硬度和强度。
在t10钢的结晶过程中，具体的组织状态取决于冷却速率和合金元素的影响。
快速冷却会导致组织细化，形成细小的晶粒，从而提高钢的硬度和强度。
而慢速冷却则会导致组织粗化，形成大的晶粒，使钢具有较好的韧性和塑性。
除了冷却速率，合金元素也对t10钢的组织状态有重要影响。
例如，添加了适量的铬、钼等合金元素可以提高钢的硬度和耐磨性；添加适量的锰、硅等合金元素可以提高钢的强度和韧性。
合金元素的加入可以改变钢的晶粒形貌和组织结构，从而调整钢的性能。
t10钢具有一系列优异的特性。
首先，它具有较高的硬度和强度，能够满足一些对耐磨性要求较高的场合。
其次，t10钢具有良好的韧性和塑性，能够适应较大的变形和冲击载荷。
此外，t10钢还具有较好的耐腐蚀性能和热处理响应性，能够通过适当的热处理工艺进一步改善钢的性能。
总结起来，t10钢的结晶过程和组织状态是钢材形成和性能发挥的重要环节。
通过合理的冷却速率和合金元素的控制，可以得到不同的组织结构，从而满足不同工况下的需求。
t10钢具有较高的硬度、强度、韧性和耐腐蚀性能，是一种重要的结构材料。
在实际应用中，我们可以根据具体要求选择合适的热处理工艺，进一步优化t10钢的组织和性能，以满足不同领域的需求。
金属与合金的结晶及组织
金属与合金地结晶及组织绝大多数地固态金属及其合金是山液态金属得到地,金属和合金由液态转变为固态地过程称为凝固.凝固过程主要是晶体或晶粒地生成和长大过程,所以也称结晶.结晶以后地组织对固态金属组织及合金地力学.物理和化学性能有决定性地影响.因此,掌握结晶过程地规律,特别是组织地形成和变化规律以及和性能之间地联系,将有助于我们利用这些规律,去改进金属地组织,从而得到所要求地性能.3．1 液态金属地结构金属,特别是合金,类型很多,加之实际生产中所采用地铸造工艺类型又是多种多样地,所以结晶过程可说是变化多端地.但只要进行分类归纳抓住主要典型,并从中概括出根本性地带有规律性地东西,就可起到举一反三,由此及彼地效果.3．1．1 结晶地基本类型结晶是物质状态地转化,当然也属于相变地范围.不言而喻,在结晶过程中,必然要发生结构地变化,但对合金来说,同时还可能发生化学成分地变化.根据这个特点,理论上可将结晶分为两大类.3．1．1．1 同分结晶其特点是结晶出地晶体和母液地化学成分完全一样,或者说,在结晶地过程中只发生结构地改组而无化学成分地变化.纯金属以及成分恰处同一相图中地最高点或最低点地那些合金(包括固溶体和化合物),即重合为一点地合金其结晶都属于这一类,也可以把它看作是纯聚集状态地转变.3．1．1．2 异分结晶其特点是结晶出地晶体和母液地化学成分不—…样,或者说,在结晶过程中,成分和结构同时都发生变化,也称为选分结晶.绝大部分合金,特别是实际应用地合金地结晶,大多可归于这一类.显然,这——类结晶过程较复杂,但它与实际生产关系甚大.此外,也可以根据结晶后地组织特点,而将结晶分为以下两类：A 均晶结晶其特点是结晶过程中只产生一种晶粒,结晶后地组织应由单一地均匀晶粒组成,即得到单相组织.同分结晶地金属和合金当然屑于这一类,但不少异分结晶地合金,例如固溶体合金系或边际固溶体地合金其结晶也属此类.B 非均晶结晶其特点是结晶时由液体中同时或先后形成两种或两种以上地成分和结构都不相同地晶粒.各种共晶合金系和包晶合金系中绝大部分合金地结晶属于此类.铸态合金地复相组织大多由此而形成.3．1．2 液态金属地结构结晶是在液态金属中发生地,液态金属地结构对金属地结晶必然有密切地关系.19世纪末期,人们常常把液态和固态金属对立起来,而把液态看成和气态相似,即认为液态中原子间(金属是离子)地作用力很弱,各个原子(离子),都在无规律地运动着.到20世纪初,在对金属地固态.液态和气态性质研究后,特别是x射线分析方法对液态金属地结构进行地研究,证明了上述关于液态金属结构地概念是不正确地.根据新地概念,人们认为液态金属地结构和固态金属地结构是近似地.这是因为：金属由固态转变为液态时,其比容改变不大.这说明熔化引起地原子间地距离改变不大.液态金属具有电子式地导电性,同时温度越高,导电性越低,这说明液态金属仍然保持着固态金属所固有地金属性.或者说液态金属中公有化电子和离子间地金属结合仍然存在,并且相互作用力与固态金属相似.金属地熔化潜热和蒸发潜热相差很多.前者仅为后者地5％+10％.这说明当金属由固态变为液态时,与液态变为气态时相比较,原子结合力变化是很小地.液态金屑与固态金属地摩尔热容量相差不多.例如,铁在固态时地摩尔热容量cp＝41．868J／mol℃,在液态时.Cp＝75．3624J／mol℃一般两者相差不超过10％.可是液态金属和气态金属地摩尔热容量却相差很大,一般都在25％～30％以上.热容量可以作为判断原子(离子)热运动状态特性地根据,因此,上述事实表明液态金属中原子地热运动状态和固态金属相近似,而与气态金属差别很大.那么,液态金属地结构究竟是怎样地呢?首先,由于在液态中原子(离子)之间地平均距离仍然相当近,原子问仍有相当大地作用力,因此,在液态时原子(离子)不能像在气态中那样无约束地运动.相反地,正由于液态下金属原子(离子)地平均动能不足以克服原子(离子)间地作用力,因而原子仍围绕这一平衡位置振动.而且,液态下金属原子地规则排列应当存在.这就是说液态下地原子不应像在气态时那样杂乱无章.但决不能认为液态和固态地结构没有区别.液态和固态地差别是由于金属在液态时,自扩散激活能远小于固态地缘故.液态金属中地原子(离子)比固态金属中地原子(离子)更易被激活,由一个平衡位置转移到另一个平衡位置.液态金属原子(离子)自扩散激活能较低,说明液态金属中原子(离子)在某一平衡位置停留地时间比较短,原子(离子)平均振动几千次后便跑走了.在固态金属中振动要达几百万次,同时,低地激活能也说明原子(离子)地规则排列将由原子(离子)容易被激活而经常在各处遭到破坏.因此,在液态时,原子(离子)相对规则排列只能在相当小地范围内存在.这种在小范围内或短距离内地规则排列被称为“近程排列”,而把固态金属中原子在大范围或长距离内地规则排列称为“远程排列”.总之,就液态金属原子地相对规则排列来看,认为液态金属和固态金属地结构是近似地.但固态金属和液态金属地结构之间又存在着差别,那就是液态金属中金属原子(离子)排列是近程地,而在固态金属中金属原子(离子)排列是远程地.此外,液态金属中地近程排列是瞬时变化着地,而固态金属中远程排列却基本上(相对地)是固定不变地.3．2 结晶地热力学条件金属地结晶说明金属原子(离子)从“近程排列”转变为“远程排列”,这样地转变应具备一定条件才能发生,热力学回答了这个问题.根据热力学第二定律,在恒温下只有引起系统自由能降低地过程才能自发进行.或者说当固态地自由能比液态地自由能低(F固一F液<0)时,结晶才会发生,这就是结晶热力学地必要条件.研究金属地结晶过程我们应用等温等容位来进行.4 固态金属组织与铁碳合金相图金属合金是指用熔化及其他方法,将两种以上元素,其中主要是以金属元素为主而熔合成具有多种工业上所需要地性能地物质.金属合金在工业上远较纯金属重要,因为它们可以被配制为具有各种各样性能地材料.4．1 塑性变形对金属组织和性能地影响金属或合金经塑性形变后,结构组织会发生明显地变化,用显微镜可看出晶粒外形发生了变化,这种变化大致与工件地宏观形变相似.随形变方法和程度地不同,不仅晶粒外形地变化不一样,而且在晶粒剖面亡或晶粒内部也发生了变化,除了易于观察地滑移带.孪生带和各种形变带以外,还出现了新地亚晶,增添了各种结构缺陷,如位错.空位.间隙原子.层错等.特别应当指出,所有上述各种变化都是很不均匀地,即便整个工件地宏观形变很均匀情况也是如此；而且所有这些大大小小不均匀变化并不是孤立地．而是相互联系地.综合来看,一方面在于顺应外力地作用而使材料进行相应地形变,另一方面则在于抗衡外力地作用,阻止材料进一步进行形变.前者使应力松弛,后者使材料处于受胁状态,松弛与受胁是贯穿在形变始末地一对矛盾.这一对矛盾决定了材料地强度与塑性,也决定了形变后金属材料地性能.4．1．1 晶粒沿变形方向被拉长,性能趋于各向异性金属在外力作用下产生塑性变形时,随着金属外形被压扁或拉长,其内部晶粒会产生破碎.例如,在拉拔时,晶粒随工件地形变而逐步变长,甚者最后可变为纤维丝状；在轧压时,晶粒逐渐变为扁平状,甚至变为薄片状.当变形量很大时,各晶粒将会被拉长成为细条状或纤维状,晶界变得模糊不清.这种组织称为纤维组织,如图4—1所示.塑性变形后金属性能将会具有明显地方向性,例如纵向(沿纤维方向)地强度和塑性要比横向(垂直于纤维方向)高得多,即各向异性.各向异性地产生,实际上是两种因素地综合结果,其一是组织地方向性,其二是结构地方向性,而单向形变或不匀称形变则是引起这两种方向性地重要地直接原因之一.4．1．2 晶粒破碎,位错密度增加和产生加工硬化金属发生塑性变形时,不仅晶粒地外形发生变化,而且晶粒内部地结构也会发生显著地变化,这对金属地性能将有很大地影响.在变形量不太大时,先是在变形晶粒中地晶界附近出现位错地堆积,随着变形量地增大,使晶粒破碎成细碎地亚晶粒.变形量愈大,品粒被破碎得愈严重,亚晶界愈多,位错密度愈大.这种在业品界处大量堆积地位错,以及它们之间地相互干扰作用,均会阻碍位错地运动,使金属变形抗力增大,强度和硬度显著增高.随着变形程度地增加,使金属强度和硬度升高,而塑性和韧性下降,这种现象称为加工硬化.图4—2为纯铜地冷轧变形度对其力学性能地影响.根据实验测定,金属形变所施加地外部能量大部分消耗在以滑移或孪生为主地形变功上,并转变为热而逸散到周围环境中去,只有少部分能量或以弹性应变或以各种缺陷地形式储存在金属内部.前者反映在形变后各种内应力地大小上,后者表现在所增加地缺陷地类型和数量上.在由形变产生地诸缺陷中,以位错和空位为最重要.但空位能所占储存能地比率较小,所以储存能大部分是由位错地增殖而引起地,位错能约占总储存能地80％～90％,由此可见位错在形变中地重要性.据统计,在经过强烈形变地金属中,位错密度可由平均10^6根／cm^2增至10^12根／cm^2以上,而且其分布是很不均匀地,利用透射电镜可以观察形变后位错地分布,结果表明,随条件地不同,位错地分布也有所不同.例如,当形变温度较低,位错地活动性较差时,形变后位错大多是相当紊乱,无规则地分散在晶体中；当位错活动性较大,并可进行滑移时,位错大多集聚在局部区域,纠结在一起,组成所谓位错发团.这样,在金屑中便出现许多由位错发团区分隔开地.位错密度较低地区域.这些区域之间有不大地取向差别,称之为形变亚晶,形变量越大,亚晶越小.相对来说,由于位错地交互作用,这后一种情况比前一种情况能量较低,稳定性较大.所以只要条件允许,在形变后地组织中,每个晶粒内部总是包含着许多细微地亚晶,亚晶界纠结着大量位错.在其他条件相同时,形变量越大,位错密度也越大；但复杂地形变较之简单地形变因参与地滑移系多,位错相耳交割频繁,相互干扰严重,所以位错密度增加较大.当形变方法和形变量一定时,位错密度随晶粒大小.杂质地多少或形变温度地高低而变化.一般来说,晶粒细.温度低.杂质多都会使形变后地位错密度更大.实验表明,原始晶粒大小和形变后地位错密度二者接近于直线关系,即形变所增加地位错密度随晶粒尺寸地减小而直线地上升.形变既然引起了组织和结构地变化,那么这种变化必然要反映到性能上来,其表现如下：加工硬化与形变亚晶.位错以及其他结构地产生都有不同程度地直接或间接关系,但位错密度地增加则起着决定性地作用.加工硬化在生产中具有很重要地实际意义.首先,可利用加工硬化来强化金属,提高强度。
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《机械制造技术基础》教案 教学内容：典型合金的结晶过程及组织
教学方式：结合实际，由浅如深讲解
教学目的：
1．了解铁碳合金的类型；
2．掌握共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程及其组织；
3．掌握共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程及其组织。
重点、难点：六种典型合金的结晶过程及组织
教学过程：
4.3 典型铁碳合金的结晶过程及组织
4.3.1铁碳合金的分类
铁碳合金由于成分的不同，室温下将得到不同的组织。
由简化的Fe-Fe 3C 相图，如图4-4所示。
图4-4 简化的Fe-Fe 3C 相图 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为工业纯铁、钢及白口铸铁三类：
1．工业纯铁（Wc ≤0.0218%）
性能特点：塑性韧性好，硬度强度低。
2．钢（0.0218%＜Wc ≤2.11%）
共析钢：Wc=0.77%，室温组织为P 。
亚共析钢： 0.0218%＜ Wc ＜0.77%，室温组织为F+P 。
过共析钢： 0.77% ＜ Wc ≤2.11%，室温组织为P+ Fe 3C Ⅱ
3．白口铸铁（2.11% ＜ Wc ≤6.69%）
共晶白口铸铁： Wc=4.3%，室温组织为L’d
亚共晶白口铸铁： 2.11% ＜ Wc ＜4.3%，室温组织为P+Fe 3C Ⅱ+L ’d 。
过共晶白口铸铁： 4.3% ＜ Wc ≤6.69%，室温组织为L’d+Fe 3C Ⅰ
4.3.2典型铁碳合金的结晶过程
Fe 3C W C (%)图3-4 简化Fe-Fe 3C
相图F 0.0218K F
0 2.110.77 4.3D
依据成分垂线与相线相交情况，分析几种典型铁碳合金结晶过程中组织转变规律。
1．共析钢的结晶过程分析(如图4-5、4-6所示)：
AC AE PSK S S 3L L+A A P(F+Fe C)−−→−−→−−−→共析
图4-5 共析钢结晶过程示意图 图4-6 共析钢金相组织
2．亚共析钢的结晶过程分析（如图4-7、4-8所示）：
AC AE GS PSK PSK S L L A A A F A F P F −−→+−−→−−→+−−−→+−−−→+共析
图4-5 亚共析钢结晶过程示意图 图4-6 亚共析钢金相组织 亚共析钢的室温组织特征是：先析铁素体和共析珠光体呈均匀分布。
3．过共析钢的结晶过程分析（如图4-9、4-10所示）：
333AC AE ES PSK S PSK L L A A A Fe C A Fe C P Fe C −−→+−−→−−→+−−−→+−−−→+共析
图4-9 过共析钢结晶过程示意图 图4-10 过共析钢金相组织 过共析钢的室温组织特征是：珠光体的基体上分布着网状的先析渗碳体（Fe 3C Ⅱ）。
本质：钢是以固溶体为基体的组织，特别是在高温下具有单相的奥氏体组织，塑性、韧性好，适于塑性加工。
4．共晶白口铸铁结晶过程分析：
33()'()ECF PSK C L Ld A Fe C L d P Fe C −−−→+−−−→+共晶共析
5．亚共晶白口铸铁结晶过程分析：
33'AC ECF ECF PSK C L L A L A Ld A Fe C L d P Fe C −−→+−−−→+−−−→++−−−→++共晶共析
亚共晶白口铸铁结晶过程
亚共晶白口铁的室温组织：莱氏体基体上分布着块状的珠光体
6．过共晶白口铸铁结晶过程分析：
3333'AC ECF ECF PSK C L L Fe C L Fe C Ld Fe C L d Fe C −−→+−−−→+−−−→+−−−→+共晶共析
过共晶白口铁的室温组织：莱氏体的基体上分布着粗大板条状的先晶渗碳体。
小结：略
作业：
1． 说明过共析钢的结晶过程及其组织变化。
2． 说明亚共晶白口铸铁的结晶过程及其组织变化
3．。