金属的结晶与铁碳相图.ppt

第2章金属的结晶与铁碳相图;2、平衡结晶温度（理论结晶温度）T0

指当原子由液态转变成晶体的速度与由晶体转变为液体的速度相等时的温度。即指液态金属与其晶体处于动平衡的状态下既不结晶又不溶化时的温度。

在平衡结晶温度下的金属不能有效结晶。;3、冷却曲线与过冷度

纯金属的结晶过程可用热分析法测绘的冷却曲线（温度与时间的关系曲线）来描述。由冷却曲线可知，金属液缓慢冷却时，随着热量向外散失，温度不断下降，当降到T0温度时开始结晶。由于金属液放出的结晶潜热补偿了其冷却时向外散失的热量，故冷却曲线出现了水平线段，即结晶过程中温度不变。这一温度称为理论结晶温度（T0）。结晶完成后，固态金属温度继续下降，直至室温。

;在实际生产中，金属结晶的冷却速度都很快，金属液的实际结晶温度T1要低于理论结晶温度T0，这种现象称为过冷现象。两者之差（T0-T1）称为过冷度△T。过冷度与冷却速度、金属的性质和纯度有关。冷却速度愈快、过冷度愈大。实际上，金属都是在过冷情况下结晶的，过冷是金属结晶的必要条件。

;注意：

1、冷却速度越大，过冷度ΔT越大。

2、过冷度ΔT越大，结晶倾向越大，越容易获得细小晶粒。

3、晶粒越细小，金属力学性能越好。

;2.1.2结晶时晶核的形成和长大过程;注意：

1、自发形核与非自发形核同时存在，非自发形核占主导地位。

2、晶核形成与长大两个过程同时进行。;2、形核率与长大率

1）形核率N

指在单位时间和单位体积内所产生的晶核数。

2）长大率G

指单位时间内晶核向周围长大的平均线速度。

3）晶粒的粗细是由形核率N和长大率G的比值N/G决定。

;2.1.3金属结晶后的晶粒大小;2.1.4铸锭的组织;铸锭的组织主要有三个晶区：表面细晶层、柱状晶区、中心等轴晶区。

1、表面细晶层

组织致密，力学性能好。但由于该区很薄，故对铸锭性能影响不大。

;2、柱状晶区

组织致密，但晶粒间常存有非金属夹杂物和低熔点杂质，形成脆弱区，在轧制或锻压时，易产生开裂。因此，对于塑性差、熔点高的金属，不希望产生柱状晶粒区。不过，柱状晶粒沿长度方向力学性能较高，所以对于??性好的有色金属及其合金或承受单向载荷的零件，如汽轮机叶片等，常采用定向凝固法而获得柱状组织。

;3、中心等轴晶区

无脆弱面，但组织疏松、杂质较多，力学性能较低。

;2.2合全的性能与相图的关系;1、二元合金相图的建立;2、二元合全相图的建立

合金相图是通过实验方法建立的。右图为铅一锡合金相图。其建立过程如下：

(1)配置一系列不同成分的铅-锡合金

(2)用热分析法测出上述合金的冷却曲线。

(3)将各个合金的相变点标注在温度-成分坐标中，并将开始结晶的各相边点连起来成为液相线，将结晶终了的各相变点连起来成为固相线。

;Ⅰ：纯铜Ⅱ：75%Cu+25%NiIII：50%Cu+50%NiⅣ：5%Cu+75%Ni?Ⅴ：纯Ni;;1、特殊点

a点纯Pb熔点，温度为327oC

b点纯Sn熔点，温度为327oC

e点为共晶点，其成分为61%Sn，温度为183oC

c点为Sn在α固溶体中的最大溶解度点，温度为183oC，成分为19.2%Sn。

d点为Pb在β固溶体中的最大溶解度点，温度为183oC，成分为97.5%Sn。;2、线

液相线??ae、eb

固相线??ac、ced、db

共晶线ced也为L+α+β三相区

;3、相区

单相区：L、α、β（α、β是有限固溶体）

L为液相区

α固溶体是以Pb为溶剂，以Sn为溶质的固溶体。

β固溶体是以Sn为溶剂，以Pb为溶质的固溶体。

两相区：L+α，L+β，α+β区。

三相：L+α+β，即共晶线：ced

;4、共晶反应

恒温，共晶反应

Leαc+βd

αc成分为c点的固溶体

βd成分为d点的固溶体

在恒定的共晶温度下，从e点成分的液相同时结晶出两种成分和结构不同的固相αc和βd。

这种由一定成分的液相在恒定温度下同时结晶出两种一定成分固相的反应称为共晶反应。

;

共晶点：d共晶成分的合金冷却到此点所对应的温度（共晶温度），这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两种固定成分的固相转变，称为共晶转变。共晶转变是在恒温下进行的，发生共晶转变的温度称为共晶温度。发生共晶转变的成分称为共晶成分。d点为共晶点，共晶转变后所得到的组织为共晶组织或共晶体，cde为共晶反应线。

d点成分的合金称为共晶合金，cd之间的合金称为亚共晶合金；de之间的合金称为过共晶合金。

;溶解度线：cf，eg

T↓→过饱和固溶体析