合金的结晶与相图

晶体结构与结晶晶体的概念：有规律、周期性排列晶格、晶胞、晶格常数立方晶系a=b=cα=β=γ=90°常见的金属晶格1.体心立方α-铁、铬、钼、钨、钒2.面心立方γ-铁、铜、铝、镍等3.密排六方铍、镁、锌、镉等单晶体的各向异性概念：晶体沿不同方向有性能差异。结论：单晶体必有各向异性。实际金属结构金属的结构特点：是晶体是多晶体晶体内部有缺陷金属晶格内部的缺陷1.点缺陷点缺陷的存在使金属能够比较容易的发生扩散现象2.线缺陷-位错位错的存在使金属能够比较容易发生塑性变形。3.面缺陷面缺陷的存在使金属的强度提高金属的结晶一.结晶的概念二.理论结晶温度与实际结晶温度：过冷度ΔT三.金属结晶的必要条件：一定的过冷度金属的结晶过程温度越高,原子运动速度越快金属的结晶结论:金属的结晶过程→形核与长大过程金属液形成晶核晶核长大形成晶体等轴晶与枝晶枝晶形成的原因：优先长大方向金属不纯净；散热不均匀。冷却速度对金属晶粒度的影响孕育处理加入人工晶核晶粒细化结论冷却速度：冷却速度↑→过冷度↑→形核率↑→晶粒度↓。变质处理：人工晶核→晶粒度↓金属的同素异构性金属在一定温度下只能有一种晶体结构，但有些金属在不同温度下具有不同的晶体结构。铁的同素异构体：同素异构转变过程形核与长大的过程γ-铁α-铁晶核α铁金属铸锭的组织特点钢锭的组织特点表层细晶粒层中间柱状晶粒层心部粗大等轴晶粒层铸锭的组织对其性能的影响铸锭内部的缺陷缩孔与缩松偏析二元合金基本概念：合金：以金属为基，添加其它有益元素组元：组成元素相：成分相同、结构相同、与其它相有相界。合金的相结构固溶体：不改变基体金属(溶剂)的晶格类型合金原子（溶质）弥散分布有一定溶解度。化合物：形成新的晶格原子配比固定。固溶体的分类按溶质原子在基体金属晶格所占据位置的不同分：置换固溶体间隙固溶体按溶解度分：有限固溶体无限固溶体置换固溶体置换固溶体有可能形成无限固溶体影响置换固溶体溶解度的因素晶格类型原子直径的相对大小；电负性的差别；电子浓度。间隙固溶体由H、O、C、N、B溶入过渡族金属而形成；溶解度很小；强化效果优于置换固溶体。化合物正常价化合物电子化合物间隙化合物间隙相WC、VC、TiC等，具有高熔点、高硬度、高稳定性。具有复杂结构的间隙化合物Fe3C、Cr23C6相图的概念组元：组成元素合金系：组元相同,浓度不同相平衡:相对量不变,相对浓度不变相图:合金系的相随温度而变化情况的图二元合金相图的建立热分析法建立相图的步骤：（1）配比合金；（2）测定冷却曲线；（3）确定临界点；（4）绘制相图。Cu-Ni合金相图概念：固相线液相线匀晶相图含Ni为30%的合金的结晶过程分析：杠杆定律假定：成分为C的合金其重量为W,当冷却至T温度时，其固相和液相的成分分别为Cα和CL，现求Wα和WL:方程建立：总重量不变：W=Wα+WL………………………...(1)溶质总量不变：Wα×Cα+WL×CL=W×C…(2)推导过程将（1）代入（2）Wα×Cα+WL×CL=（Wα+WL）×C方程变形公式一：Wα（Cα-C)=WL(C-CL)公式二：Wα/WL=(C-CL)/（Cα-C)公式三：α%=Wα/W=(C-CL)/(Cα-CL)L%=WL/W=(Cα-C)/(Cα-CL)晶内偏析因结晶冷却速度太快而造成的晶体内部成分的不均匀现象。用扩散退火来消除。共晶相图共晶转变：L→α+β共晶点共晶线亚共晶合金、共晶合金、过共晶合金Pb-Sn合金的结晶过程分析0Sn%≤18%的Pb-Sn合金：室温组织α+βⅡ共晶合金的结晶过程分析Sn%=62%的Pb-Sn合金：室温组织：亚共晶合金的结晶过程分析18Sn%62的Pb-Sn合金：室温组织：α＋βⅡ＋（α＋β）共室温平衡组织的计算计算含Sn为40%的Pb-Sn合金的室温平衡组织构成。计算过程：1.分析结晶过程，得到室温组织构成：α＋βⅡ＋（α＋β）共2.选适当的双相区和温度应用杠杆定律：L+α共晶温度计算过程共晶温度下：相组成：L+α成分：L为62%α为18%假设：α的重量百分比为x%,则L相的重量百分比为(1-x)%溶质总量不变：18x+62(1-x)=40X=50%比重偏析产生原因：因组元比重相差较大造成初晶相与液相的比重相差较大。危害材料组织和性能不均匀消除措施浇注时加快冷速和进行搅拌。不能用热处理来消除。包晶相图包晶转变：α+L→β含Ag为40%的合金结晶过程分析：相图特例特例1：其中一组元完全不溶于另一组元。特例2：两组元形成中间化合物二元相图的基本规律规律一：相邻相区相数相差为一；规律二：三相共寸区为一水平线；规律三：稳定化合物区为一竖线；三相反应规律：相图的用途铸造生产成分控制→组织控制→性能控制。热处理工艺工艺指定组织控制焊接工艺第五章铁碳合金相图铁碳合金的相结构与性能铁碳合金相图相图特点：３个三相转变线；５个单相区；７个两相区；３条溶解度曲线。Fe-C合金示意图画出基本形状；记住关键点的成分；会分析典型合金的结晶过程会计算平衡组织的构成。工业纯铁含碳量：C%0.02%结晶过程分析：γ→α＋γ→α→α＋Fe3C室温平衡组织：α＋Fe3C共析钢含碳量：C%=0.77%结晶过程分析：L→L+γ→γ→(α＋Fe3C)室温平衡组织：P亚共析钢含碳量：0.02%C%0.77%结晶过程分析：γ→γ+α→α＋P室温平衡组织：α+P过共析钢含碳量：0.77%C%2.11%结晶过程分析：L→L+γ→γ→γ+Fe3C→P＋Fe3C室温平衡组织：α+P共晶白口铸铁含碳量：C%＝4.3%结晶过程分析：L→L+Ld’→Ld’→Ld室温平衡组织：Ld亚共晶白口铸铁含碳量：2.11%C%4.3%结晶过程分析：L→L+A→A+Ld’→P+Ld室温平衡组织：P+Ld过共晶白口铸铁含碳量：4.3%C%6.69%结晶过程分析：L→L+Fe3C→Fe3C+Ld’→Fe3C+Ld室温平衡组织：Fe3C+Ld铁碳合金的分类及其组织工业纯铁：含碳量：0.02%组织：α钢：含碳量：0.02～2.11%组织（F或K)+P白口铸铁：含碳量：2.11～6.69%组织(P或K)+Ld铁碳合金的成分与性能的关系对碳钢来说，含碳量越高，其强度和硬度越高，但其塑性和韧性越差过共析钢由于网状碳化物的析出造成其强度的下降。碳钢常存杂质对碳钢性能的影响：锰：含量少时影响不大硅：含量少时影响不大硫：造成热脆性磷：造成冷脆性碳钢的分类按含碳量分：低碳钢、中碳钢、高碳钢按质量分：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢按用途分：碳素结构钢、碳素工具钢碳钢的牌号与用途普通碳素结构钢：按屈服强度编号，最常用Q235优质碳素结构钢：按含碳量的万分数来表示，最常用的是45；碳素工具钢：按含碳量的千分数来表示，最常用的是T10，T12；