讲典型合金的结晶过程及组织
2 合金的结晶
2.共析钢 eutectoid steel
自F中析出极少的 Fe3CⅢ分辨不清。 室温组织： P (F+Fe3C）； 组织组成物—P； 组成相 F和Fe3C
共析珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。
P中各相的含量：
SK 6.69 0.77 Q 88.8%, PK 6.69 0.0218 Q Fe 3C 100% 88.8% 11.2%
c(19.2)
d(61.9)
e(97.5)
③ Ⅲ 亚共晶合金 hypoeutectic alloy
冷却到2点固相成分到C点，剩余液相成分到d点。
在该温度下剩余液相发生共晶反应，转变成共晶体。
◆
剩余液相含量即共晶体含量 (c2/cd).
Pb—Sb 合金相图
继续降温从 、 中析出Ⅱ、 Ⅱ （分辨不清）
+Fe3C
⒉ 特征线 special lines
⑴ 液相线与固相线
⑵ 三条水平线：
包晶线共晶线◆Fra bibliotek共晶产物是 与Fe3C的机
械混合物—莱氏体Le，以
Fe3C为基，性硬而脆。
莱氏体
共析线（A1线 ）
◆
共析反应的产物是 与Fe3C两相片层状机械混
合物—珠光体P。
L+δ
δ+
+
L+
◆ 从奥氏体中析出的Fe3C
称二次渗碳体；
◆ Fe3CⅡ沿奥氏体晶界呈
网状分布.
5. 共晶白口铸铁 eutectic white cast iron
合金冷却到C点发生共晶反应，产物为莱氏体Le，
莱氏体是共晶 与共晶Fe3C的混合物, Fe3C为基体。
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。
10讲 典型合金的结晶过程及组织
《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 Ⅱ3．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 Ⅰ4.3.2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 F0 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。
第一章-金属与合金的晶体构造及其结晶过程PPT课件
机电学院
12
.
体心立方晶格
Logo
❖体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方 体的角上,一个原子处于立方体的中心, 角 上八个原子与中心原子紧靠。
❖ 体心立方晶胞特征：
晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°
机电学院
13
.
体心立方晶格
Logo
原子个数
➢ 每个晶胞实际占有的原子个数。
（分析时要认真考虑每个原子的空间状况）
金属化合物的特性
力学性能：金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高， 高硬度、低塑性，硬而脆。当合金中出现金属化合物时， 通常能提高合金的强度、硬度和耐磨性。金属化合物是工 具钢、高速钢等钢中的重要组成相。
物化性能：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体 材料、形状记忆材料、储氢材料等。
机电学院
52
相：合金中结构相同、成分和性能均一的组成部分。
机电学院
43
.
一、合金的相结构
Logo
组织：由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合 体。如单相、两相、多相合金。
金属及的组织一般应用显微镜才能看到，所以常称 显微组织。
机电学院
44
.
一、合金的相结构
Logo
相的分类： 合金中的相按结构可分为： 固溶体和金属化合物 。
➢ 在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时 属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个 晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这个晶 胞。所以一个体心立方晶胞所含的原子数为 2个。
机电学院
14
.
体心立方晶格
Logo
原子半径
❖晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。 体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对 角线, 所以原子半径与晶格常数a之间的关系 为：
§3-2 合金的结晶 金属学及热处理课件
固溶体合金的电阻
较高，电阻温度系
数较小，常用做电
阻合金材料
σ
返回
返回
室温组织应为：α固溶体+βⅡ固溶体。 室温时的α与βⅡ的相对量：
W aF 4 G G 10 % 0 W ,F F 4 G 10 % 0
上一级
（2） 合金Ⅱ（E点的合金） 也称为共晶合金 α相与β相的机械化合物。αM与βN的相对量，可 用杠杆定律计算如下：
W M M E 1 N N % 0 W N 0 , M M 1N % E 或 0 W N 0 1 W M 1% 00
以不同的数量、形状、大小互相组合，因而在显微镜下 可观察到不同的组织。把具有一定的组织特征，并在显 微镜下可以明显区分的物质。
上一级
合金中相组分和组织组分的相对量： 相组分α、β：
W MD 2 E E 1 0 % ， 0 W EC D D E 1 0 % 0
或 W E 1 W D 1% 00
上一级
1
返回
返回
具有简单共晶相图的合 金有Be-Si，Cd-Bi。 t点A、tB——A、B 组 元 熔 C点——共晶点 tAC——液相线 tBC——液相线
LAB
返回
tAE——固相线L析出α tBE——固相线L析出β MF——α最大溶解度线 NG——β最大溶解度线
返回
Pt-Ag包晶相图
上一级
2、杠杆定律
用来计算二元相图中两相平衡状态下平衡相的相对质 量。
杠杆的支点是两个相的平均质量分数（合金的成分 点），端点分别是两个相的成分点。
WL
bc ac
100
%
W
ab ac
100
%
上一级
三、二元均晶相图
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。
金属材料及热处理：合金的结构与结晶
合金
• 基本概念
–合金 –组元 –系 –相
←α相 ←相界 ←β相
气相
液相
一、合金的相结构
• 固溶体
–置换固溶体
–间隙固溶体
固溶强化（强度硬度升高，塑性韧性下降）
合金的相结构
• 金属化合物
–渗碳体（Fe3C） 正交晶系，每个碳原 子分布于 6 个铁原子 排列的间隙处
二、合金的组织
种结晶出的晶体与母相的化学成分不同的结晶称为异分结晶， 或称选择结晶。 • 固溶体合金的结晶需要一定的温度范围。
在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数量的固相。 固溶体合金在结晶时，始终进行着溶质和溶剂原子的扩散过 程，其中不但包括液相和固相内部原子的扩散，而且包括固相 与液相通过界面进行的原子互扩散，这就需要足够长的时间， 才得以保证平衡结晶过程的进行。
• 由相组成
•ห้องสมุดไป่ตู้取决于相的种类、数量、形态、分布情况
三、二元合金相图的建立
• 相律（系统压力为常数时） f=c-p+1 f 自由度； c 系统的组元数； p 平衡条件下 系统的相数
• 杠杆定律
三、合金的结晶
形核与长大
• 过冷 • 结构起伏 • 能量起伏 • 成分起伏
结晶时过冷度越大，临界晶核半径，形核时所需 的能量起伏越小，同时结晶出来的固相成分和原液相 成分越接近，即越容易满足对成分起伏的要求。
成分起伏
• 通常所说的液态合金成分是指的宏观平均成分。 • 但从微观角度来看，由于原子运动的结果，在
任一瞬间，液相中总会有某些微小体积可能偏 离液相的平均成分，这些微小体积的成分、大 小和位置都是在不断变化着，这就是成分起伏。
合金结晶与纯金属结晶的区别
典型铁碳合金结晶过程分析 (2)
第二章碳钢C相图第3节Fe-Fe3第5讲典型铁碳合金结晶过程分析2典型铁碳合金的结晶过程分析-4共晶白口铸铁w c ＝4.3%铁碳合金的结晶过程CD EFK124.30%共晶白口铸铁w c ＝4.3%铁碳合金的结晶过程CD EFK124.30%1交点：液相开始发生共晶转变1~2之间：共晶奥氏体中会出现二次渗碳体2交点：γ发生共析转变→P (珠光体)共晶渗碳体不发生变化2 以下：组织低温莱氏体（L′d ）L 4.31148∘C(γ2.11+Fe 3C)共晶转变生成莱氏体（Ld ）奥氏体为共晶奥氏体，渗碳体为共晶渗碳体w c＝4.3%的铁碳合金结晶过程示意图低温莱氏体金相照片（黑斑区为珠光体，白色为渗碳体）室温组织：（L′d ）室温相：α+ Fe 3Cw c ＝4.3%的铁碳合金的结晶过程通过杠杆定律计算室温下各组织含量通过杠杆定律计算室温下各相含量自学内容w α=6.69−4.36.69−0.0008×100%≈？w Fe 3C =1−w α≈？%100='d L w典型铁碳合金的结晶过程分析-5亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金的结晶过程CD EFK1233.0%亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金的结晶过程CD EFK1233.0%3以下2交点：存在两相L +γ2~3：奥氏体中会出现二次渗碳体3交点：γ发生共析转变→P (珠光体)二次渗碳体+ Ld 不发生变化3 以下：组织低温莱氏体（L′d + Fe 3C II + P ）L 4.31148∘C(γ2.11+Fe 3C)1交点：液相开始发生匀晶转变L →γ其中的室温组织：（L'd + P + Fe 3C Ⅱ）室温相：α+ Fe 3Cw c ＝3.0%的铁碳合金的结晶过程通过杠杆定律计算室温下各组织含量通过杠杆定律计算室温下各相含量自学内容w Fe 3C =1−w α≈？w α= 6.69−3.06.69−0.0008×100%≈?w L ′d=3.0−2.114.3−2.11×100%≈？w P = 4.3−3.04.3−2.11×6.69−2.116.69−0.77×100%≈？w Fe 3C II =1−w L ′d −w P ≈?结晶过程示意图亚共晶白口铸铁的金相照片亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金3以下典型铁碳合金的结晶过程分析-6过共晶白口铸铁w c ＝5.3%铁碳合金的结晶过程CDEF K123典型铁碳合金的结晶过程分析-6过共晶白口铸铁w c ＝5.3%铁碳合金的结晶过程CDEF K1231~2：一次渗碳体形成的温度高，故其形貌为粗大的片状结构2交点：共晶转变3交点：γ发生共析转变3 以下：组织低温莱氏体（L′d + Fe 3C I ）1交点：液相开始发生匀晶转变L →Fe 3C I过共晶白口铸铁w c＝5.3%铁碳合金L'd＋Fe3CⅠ过共晶白口铸铁的室温组织典型铁碳合金的结晶过程分析-7工业纯铁w c <0.01%铁碳合金的结晶过程A GH J NP Q1234567工业纯铁w c <0.01%铁碳合金的结晶过程A GH J NP Q12345671~2：L 减少δ增加1以上：液相1交点：匀晶转变L →δ2点：单相δ （0.01%）2~3：单相δ （0.01%）3点开始：δ →γ3~4：δ减少γ增加4~5：单相γ（0.01%）5点开始：γ→α5~6：γ减少α增加6点，6~7：单相α （0.01%）7点：α析出Fe 3C ⅡI工业纯铁w c<0.01%铁碳合金室温下的相：F+Fe3C 室温组织: F + Fe3CⅢ工业纯铁室温组织金相照片。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《机械制造技术基础》教案 教学内容：典型合金地结晶过程及组织
教学方式：结合实际,由浅如深讲解
教学目地：
1．了解铁碳合金地类型；
2．掌握共析钢.亚共析钢.过共析钢地结晶过程及其组织；
3．掌握共晶白口铸铁.亚共晶白口铸铁.过共晶白口铸铁地结晶过程及其组织.
重点.难点：六种典型合金地结晶过程及组织
教学过程：
4.3 典型铁碳合金地结晶过程及组织
4.3.1铁碳合金地分类
铁碳合金由于成分地不同,室温下将得到不同地组织.由简化地Fe-Fe 3C 相图,如图4-4所示.
图4-4 简化地Fe-Fe 3C 相图 根据铁碳合金地含碳量及组织地不同,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典型铁碳合金地结晶过程
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．共析钢地结晶过程分析(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．亚共析钢地结晶过程分析（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 亚共析钢地室温组织特征是：先析铁素体和共析珠光体呈均匀分布.
3．过共析钢地结晶过程分析（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 过共析钢地室温组织特征是：珠光体地基体上分布着网状地先析渗碳体（Fe 3C Ⅱ）. 本质：钢是以固溶体为基体地组织,特别是在高温下具有单相地奥氏体组织,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
亚共晶白口铁地室温组织：莱氏体基体上分布着块状地珠光体
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
过共晶白口铁地室温组织：莱氏体地基体上分布着粗大板条状地先晶渗碳体. 小结：略
作业：
1． 说明过共析钢地结晶过程及其组织变化.
2． 说明亚共晶白口铸铁地结晶过程及其组织变化。