1、u 凝固與結晶的基本概念凝固與結晶的基本概念u 純金屬的結晶純金屬的結晶u 合金的結晶與相圖合金的結晶與相圖u 鑄態(tài)組織與冶金缺陷鑄態(tài)組織與冶金缺陷3.1 凝固與結晶的概念1.凝固凝固 物質由液態(tài)轉變成固態(tài)的過程。 晶體？ 非晶體？2.結晶結晶 *由液態(tài)轉變成晶體固態(tài)物質的過程。工程上一般把金屬由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的加工過程工程上一般把金屬由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的加工過程稱為稱為鑄造鑄造。 將液態(tài)金屬澆鑄到錠模或鑄模中冷卻為一定形狀將液態(tài)金屬澆鑄到錠模或鑄模中冷卻為一定形狀的塊體稱為的塊體稱為鑄錠鑄錠。也可以直接澆注成鑄件。也可以直接澆注成鑄件。2鑄鑄鋁鋁錠錠3澆注澆注50t鑄鋼支承輥鑄鋼支承輥4煉鋼連

2、鑄連軋生產線煉鋼連鑄連軋生產線 鋼包鋼包 結晶器結晶器5 * *物質中的原子由物質中的原子由近程有序近程有序排列排列向向遠程有序遠程有序排列的過程。排列的過程。意義：意義：材料中使用較廣泛的有金屬材料，金屬材料絕大多數用冶材料中使用較廣泛的有金屬材料，金屬材料絕大多數用冶煉來方法生產出來，即首先得到的是液態(tài)，經過冷卻后才得到固煉來方法生產出來，即首先得到的是液態(tài)，經過冷卻后才得到固態(tài)。態(tài)。 一般情況下固態(tài)金屬和合金是多晶體，不同的金屬及合金在不同的結晶條件下所得到的晶粒的大小、形狀、分布、晶體學取向、相的成分以及相對量不同，形成各種各樣的組織，從而導致千差萬別的性能。3.1 凝固與結晶的概念6

3、凝固狀態(tài)的影響因素物質的本質：原子以那種方式結合使系統(tǒng)吉布斯自由能更低。溫度高時原子活動能力強排列紊亂能量低，而低溫下按特定方式排列結合能高可降低其總能量。這是熱力學的基本原則。熔融液體的粘度：粘度表征流體中發(fā)生相對運動的阻力，隨溫度降低，粘度不斷增加，在到達結晶轉變溫度前，粘度增加到能阻止在重力作用物質發(fā)生流動時，即可以保持固定的形狀，這時物質已經凝固，不能發(fā)生結晶。例如玻璃、高分子材料。熔融液體的冷卻速度：冷卻速度快，到達結晶溫度原子來不及重新排列就降到更低溫度，最終到室溫時難以重組合成晶體，可以將無規(guī)則排列固定下來。金屬材料需要達到106/s才能獲得非晶態(tài)。 在一般生產過程的冷卻條件下，

4、金屬材料凝固為晶體，在一般生產過程的冷卻條件下，金屬材料凝固為晶體，這時的凝固過程也是結晶過程。這時的凝固過程也是結晶過程。7原子排列呈長程無序、短程有序無晶粒、無晶界、各向同性、高度的均一性實現(xiàn)對材料結構進行原子尺度的設計與控制非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金非晶合金發(fā)展歷史概述819601960年年DuwezDuwez等人通過等人通過AuAuSiSi合金液體淬火發(fā)現(xiàn)的金屬玻璃，合金液體淬火發(fā)現(xiàn)的金屬玻璃，被認為是金屬材料科學中的一次革命。傳統(tǒng)的金屬玻璃已經產被認為是金屬材料科學中的一次革命。傳統(tǒng)的金屬玻璃已經產業(yè)化，但由于受快速冷卻條件（業(yè)化，但由于受快速冷卻條件（106K/s）的限制，只能做粉的限制

5、，只能做粉、絲、薄帶等低維材料，應用領域受到了制約。、絲、薄帶等低維材料，應用領域受到了制約。塊體金屬玻璃是二十世紀九十年代發(fā)展起來的新一代金屬玻璃塊體金屬玻璃是二十世紀九十年代發(fā)展起來的新一代金屬玻璃。通過合金成分控制提高其玻璃形成能力，能夠在常規(guī)鑄造冷。通過合金成分控制提高其玻璃形成能力，能夠在常規(guī)鑄造冷卻條件下獲得塊體材料，如何獲得高玻璃形成能力的合金成為卻條件下獲得塊體材料，如何獲得高玻璃形成能力的合金成為關鍵問題。關鍵問題。非晶合金發(fā)展歷史概述9非晶合金具有傳統(tǒng)金屬材料無法達到的性能非晶合金具有傳統(tǒng)金屬材料無法達到的性能10液態(tài)金屬原子的位置是不規(guī)則的密堆排列液態(tài)金屬原子的位置是不規(guī)

6、則的密堆排列, ,它們在互相擠碰的熱運動中，也會出現(xiàn)許多大它們在互相擠碰的熱運動中，也會出現(xiàn)許多大小不等、規(guī)則排列、取向不定、時聚時散的原小不等、規(guī)則排列、取向不定、時聚時散的原子團。子團。 這種原子團的規(guī)則排列稱這種原子團的規(guī)則排列稱短程有序短程有序。3.2 純金屬結晶11 當溫度下降至結晶溫度以下時，原子團不再消失并迅當溫度下降至結晶溫度以下時，原子團不再消失并迅速長大形成規(guī)則排列的晶胚速長大形成規(guī)則排列的晶胚晶核晶核晶粒晶粒固態(tài)晶體固態(tài)晶體金屬。規(guī)則排列的原子結構，稱金屬。規(guī)則排列的原子結構，稱長程有序。長程有序。 不規(guī)則排列，短程有序不規(guī)則排列，短程有序 規(guī)則排列，長程有序規(guī)則排列，長

7、程有序 12 過冷現(xiàn)象：過冷現(xiàn)象：金屬在平衡結晶溫度Tm時，結晶為晶體的速度與晶體熔化為液體的速度相等，不發(fā)生結晶。只有在Tn時才能結晶。 實際結晶溫度與理論結晶溫度存在一溫差T，稱過冷度。 T =Tm Tn 過冷是結晶的必要條件。過冷是結晶的必要條件。 13結晶溫度金屬理論金屬理論結晶溫度結晶溫度環(huán)境溫度使液環(huán)境溫度使液態(tài)金屬溫度降態(tài)金屬溫度降低至低至Tn在在TnTn結晶并釋結晶并釋放潛熱，使結放潛熱，使結晶溫度又升高晶溫度又升高至至Tm鐵鐵Fe 1538，銅，銅Cu 1085，金，金Au 1064，銀，銀Ag 962鋁鋁Al 660，鋅，鋅Zn 420，鉛，鉛Pb 327，錫，錫Sn 23

8、214結晶的熱力學條件及結構條件結晶的熱力學條件及結構條件1.金屬結晶的熱力學條件金屬結晶的熱力學條件: : G = H S T G 物體的自由能物體的自由能 H 物體的焓值物體的焓值 S 熵熵 T 溫度溫度 K15 G / T = See-FTTGTnToTL液相液相固相固相162.金屬結晶的結構條件金屬結晶的結構條件近程有序結構近程有序結構結構起伏結構起伏結晶結晶遠程有序結構遠程有序結構17二二. .結晶過程結晶過程形核形核長大長大18結晶的一般規(guī)律結晶的一般規(guī)律: : 形核、長大。形核、長大。191 1、形核、形核 1 1）均質形核：）均質形核：晶核是在母相（液相）中直接由晶核是在母相（

9、液相）中直接由那些時聚時散的原子集團形成晶胚，再長大為晶核。那些時聚時散的原子集團形成晶胚，再長大為晶核。 2) 2)非均質形核：非均質形核：晶核依附于液相中的雜質或外來晶核依附于液相中的雜質或外來表面形核。表面形核。 實際熔液都存在雜質和外表面，實際熔液都存在雜質和外表面，凝固方式主要是非均質形核。凝固方式主要是非均質形核。20 1 1、形核、形核 液態(tài)金屬有許多不穩(wěn)定、短程有序的原子團。液態(tài)金屬有許多不穩(wěn)定、短程有序的原子團。當溫度低于當溫度低于Tm時，原子團成為均質形核的晶胚。時，原子團成為均質形核的晶胚。 晶胚內原子規(guī)則排列，其外層原子與液體中無晶胚內原子規(guī)則排列，其外層原子與液體中無

10、規(guī)則排列的原子相接觸構成界面規(guī)則排列的原子相接觸構成界面。212 2、結晶（、結晶（晶核晶核長大）長大） 在一定的過冷度下，晶核形成后會繼在一定的過冷度下，晶核形成后會繼續(xù)長大，形成晶體。續(xù)長大，形成晶體。 223.晶核的長大方式晶核的長大方式樹枝狀樹枝狀232.晶核的長大方式晶核的長大方式樹枝狀樹枝狀24金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶254.影響晶核的形核率和影響晶核的形核率和 晶體長大率的因素晶體長大率的因素p過冷度的影響p未熔雜質的影響26三、結晶晶粒大小與控制 晶粒的尺寸指統(tǒng)計描述晶粒的大小。在生產中用晶粒度晶粒的尺寸指統(tǒng)計

11、描述晶粒的大小。在生產中用晶粒度表示，測定方法是在放大表示，測定方法是在放大100100倍下觀察和標準的進行對比評倍下觀察和標準的進行對比評級，級，1 18 8級級( (有更高的有更高的) )，級別高的晶粒細。，級別高的晶粒細。27 晶粒的大小對金屬性能有重要影響！晶粒的大小對金屬性能有重要影響！ 細化晶粒細化晶粒是提高金屬機械性能的重要途徑。這是提高金屬機械性能的重要途徑。這種方法稱為種方法稱為。 細晶強化細晶強化是同時可以提高金屬強度、硬度、塑是同時可以提高金屬強度、硬度、塑性及韌性的唯一有效方法。性及韌性的唯一有效方法。金屬強化方向之一：金屬強化方向之一： 晶粒細化晶粒細化超細化超細化納

12、米晶納米晶 非晶態(tài)非晶態(tài)2829細化鑄態(tài)金屬晶粒措施之一：細化鑄態(tài)金屬晶粒措施之一： 過冷度過冷度TT增大增大, ,形核速形核速率率N N和長大速度和長大速度G G都會增大。都會增大。 T T較小時，較小時，N N的增長率的增長率小于小于G G； T T較大時，較大時，N N的增長率的增長率大于大于G G。30增大過冷度的主要辦法：增大過冷度的主要辦法：1、降低澆注溫度。2、提高澆注后的冷卻速度（如采用金屬型鑄模）。 高速急冷可獲得超細晶或納米晶粒。 超高速急冷可使液態(tài)金屬難以結晶而得到非晶態(tài)結構。非晶態(tài)金屬具有很高的強度和韌性及優(yōu)異的電磁性能和高的抗腐蝕性能等。 3132細化鑄態(tài)金屬晶粒措施

13、之二：細化鑄態(tài)金屬晶粒措施之二： 在液體金屬中加入變質劑（孕育劑），增在液體金屬中加入變質劑（孕育劑），增加晶核的數量，細化晶粒和凈化晶界。加晶核的數量，細化晶粒和凈化晶界。 如在鋁液體中加入鈦、鋯；鋼水中加入鈦、如在鋁液體中加入鈦、鋯；鋼水中加入鈦、釩、鋁、鎂、硅等，可使晶粒明顯細化。釩、鋁、鎂、硅等，可使晶粒明顯細化。33耐磨材料的細化晶粒強化34細化鑄態(tài)金屬晶粒措施之三：金屬在結晶過程中采用機械振動、超聲波振動、吹入惰性氣體等方法，使正在生長的樹枝狀晶破碎，形成更多的結晶核心，獲得細小的晶粒。35四、晶體的同素異四、晶體的同素異構構 有些金屬固態(tài)時存在兩種或兩種以上的晶體結有些金屬固態(tài)時

14、存在兩種或兩種以上的晶體結構（鐵、鈷、鈦等）。在固態(tài)的某一溫度，晶格結構（鐵、鈷、鈦等）。在固態(tài)的某一溫度，晶格結構會發(fā)生轉變。構會發(fā)生轉變。 由一種晶格結構轉變?yōu)榱硪环N晶格結構，稱由一種晶格結構轉變?yōu)榱硪环N晶格結構，稱同同素異構轉變。素異構轉變。晶格結構轉變晶格結構轉變36 金屬在發(fā)生同素異構轉變金屬在發(fā)生同素異構轉變時也有過冷現(xiàn)象，也釋放潛熱，時也有過冷現(xiàn)象，也釋放潛熱，有固定的轉變溫度。有固定的轉變溫度。 轉變過程重新形核并長大轉變過程重新形核并長大為新的晶粒。為新的晶粒。 固態(tài)轉變需要較大的過冷度固態(tài)轉變需要較大的過冷度。37 純鐵的冷卻曲線純鐵的冷卻曲線在在15381538 液態(tài)鐵液

15、態(tài)鐵 -Fe （體心）（體心）在在13941394 -Fe Fe （體心）（體心） （面心）（面心）在在912912 Fe -Fe （面心）（面心） （體心）（體心） 38 合金：一種金屬與另一種或多種金屬與非金屬合金：一種金屬與另一種或多種金屬與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質。元素組成的具有金屬特性的物質。 碳鋼是由鐵與碳兩碳鋼是由鐵與碳兩個組元組成的二元合金；個組元組成的二元合金； 合金鋼是由鐵、碳及其合金鋼是由鐵、碳及其它元素組成的多元合金。它元素組成的多元合金。3.3 合金的結晶與相圖39 相相是結構相同、化學成分相同的組成部分。是結構相同、化學成分相同的組成部分。- Fe為體心立

16、方結構的固為體心立方結構的固態(tài)相；態(tài)相； Fe3C（在鋼中為復雜結構的間隙化在鋼中為復雜結構的間隙化合物相。合物相。 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 C%0.0218% （相或鐵素體相）相或鐵素體相） Fe3C組成組成40相構成了組織 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 組成）組成）41相組成：相組成： - Fe相（鐵素體）相（鐵素體） Fe3C相（滲碳體）相（滲碳體）鐵素體組織珠光體組織。鐵素體組織珠光體組織。 珠光體組織珠光體組織： - Fe相相 Fe3C相相。 42兩種基本相結構：、。 二個組元通過二個組元通過溶解形成一種與原結構相同的形成一種與原結構相同的固相稱為固溶體固相稱為固溶體A A（B B）。）。 成分均勻、

17、性能一致。成分均勻、性能一致。 43 置換固溶體： 晶格相同,原子半徑、化學性質相近的元素組成。如Fe與Mn、Ni、Cr、Si、Mo另Cu-Sn、Pb-Zn、Cu-Ni等。溶質原子在金屬溶劑晶格中的位置44間隙固溶體： 原子半徑較小的元素溶入溶劑晶格的間隙形成的固溶體。 過渡金屬Fe、Co、Ni與H、B、C、N形成間間隙固溶體隙固溶體。 如-Fe（鐵素體） -Fe（奧氏體）置換：置換：Cu-Sn、Pb-Zn （有限）； Cu-Ni、Fe-Cr （無限）；間隙：間隙：-Fe（鐵素體）對碳的溶解度：727時為0.0218% ，而常溫僅0.0008%。 按溶質原子在金屬溶劑中的溶解度有限固溶體、無限

18、固溶體46 固溶強化：溶質原子引起溶劑晶格畸變固溶強化：溶質原子引起溶劑晶格畸變, ,使材使材料強度和硬度升高，塑性和韌性有所降低。料強度和硬度升高，塑性和韌性有所降低。 機理：溶質原子溶入機理：溶質原子溶入晶格畸變晶格畸變阻礙位錯運阻礙位錯運動動金屬塑性變形困難金屬塑性變形困難強度、硬度升高。強度、硬度升高。a) b) c) 47合金中第二種相結構）合金中第二種相結構） 金屬間化合物是組元元素形有金屬特性的、晶格金屬間化合物是組元元素形有金屬特性的、晶格和特性完全不同于任一組元的化合物。和特性完全不同于任一組元的化合物。特點：具有特殊的物理化學性能、高的熔點和硬度；特點：具有特殊的物理化學性

19、能、高的熔點和硬度； 顯著提高合金的強度、硬度、耐磨性及耐熱性。顯著提高合金的強度、硬度、耐磨性及耐熱性。1）正常價化合物）正常價化合物 金與非，（金與非，（Mg2Si、Cu2Se、MnS）遵守化合價）遵守化合價規(guī)律，脆、硬度較高規(guī)律，脆、硬度較高 ； 2）電子化合物）電子化合物 金與金，金屬鍵，脆，硬度較高金與金，金屬鍵，脆，硬度較高 ；483 3）間隙化合物）間隙化合物 金與非，脆，硬度極高 、熔點高原子半徑比0.59，形成簡單間隙相。如 VC、TiC、ZrC。原子半徑比0.59，形成復雜結構的間隙化合物。如鋼中Fe3C、Cr7C3。間間隙隙相相VC 復雜斜復雜斜方晶格方晶格的間隙的間隙化

20、合物化合物(Fe(Fe3 3C)C) 49 單一固溶體：強度、硬度較低單一固溶體：強度、硬度較低 單一金屬間化合物：硬而脆單一金屬間化合物：硬而脆 機械混合物：機械混合物： 固溶體少量化合物。較高的強度、硬度的同時固溶體少量化合物。較高的強度、硬度的同時保持較高的塑性和韌性。保持較高的塑性和韌性。50二、二元合金相圖u相圖：相圖：表明二組元合金在極緩慢加熱、冷卻過表明二組元合金在極緩慢加熱、冷卻過程中的不同溫度時，由哪些相構成以及這些相程中的不同溫度時，由哪些相構成以及這些相之間的平衡關系的圖形。之間的平衡關系的圖形。u相圖的用途相圖的用途由材料的成分和溫度預知平衡相；由材料的成分和溫度預知平

21、衡相；材料的成分一定而溫度發(fā)生變化時其他平衡相材料的成分一定而溫度發(fā)生變化時其他平衡相變化的規(guī)律；變化的規(guī)律；估算平衡相的數量。估算平衡相的數量。預測材料的組織和性能預測材料的組織和性能51（一）、相圖的建立（一）、相圖的建立熱分析法配制系列成分的合金（以配制系列成分的合金（以Cu-Ni合金為例）合金為例）測定上述合金的冷卻曲線測定上述合金的冷卻曲線找出冷卻曲線上的轉折點，即合金的臨界點找出冷卻曲線上的轉折點，即合金的臨界點將各臨界點標在以溫度為縱坐標，以成分為橫坐標的將各臨界點標在以溫度為縱坐標，以成分為橫坐標的圖中，將同類臨界點連接起來即可得到合金相圖圖中，將同類臨界點連接起來即可得到合金

22、相圖52最簡單的基本相圖最簡單的基本相圖勻晶相圖。勻晶相圖。建立建立Cu-Ni相圖。相圖。先配制出先配制出5種不同成分的合金粉：種不同成分的合金粉： ： Cu 100 ： Cu 75 + Ni 25 ： Cu 50 + Ni 50 ： Cu 25 + Ni 75 ： Ni 100 將它們分別加熱熔化后緩慢冷卻，觀察冷卻過將它們分別加熱熔化后緩慢冷卻，觀察冷卻過程。程。5354把數據繪到溫度把數據繪到溫度- -成分的關系圖中：成分的關系圖中：55將點連接起來，形成將點連接起來，形成Cu-NiCu-Ni相圖。相圖。 相圖中的液相線、固相線、相圖中的液相線、固相線、L L、L+L+ 結晶轉變的過程：

23、結晶轉變的過程：LL+LL+兩組元在液、固態(tài)無限互溶兩組元在液、固態(tài)無限互溶Cu-Ni，F(xiàn)e-Cr，Au-Ag。56 Lob/ab100% ao/ab100% 57（二）勻晶相圖 固溶體材料冷卻時組織轉變1 1點以上液體冷卻點以上液體冷卻1 1點開始凝固，固體成點開始凝固，固體成分在對應固相線處分在對應固相線處1 12 2之間，溫度下降，之間，溫度下降，液體數量減少，固液體數量減少，固體數量增加，成分體數量增加，成分沿液相線和固相線沿液相線和固相線變化變化到到2 2點，液體數量為點，液體數量為0 0，固體成分回到合金原始成分，凝固完成，固體成分回到合金原始成分，凝固完成2 2點以下固體冷卻，無

24、組織變化點以下固體冷卻，無組織變化581.1.與純金屬凝固一樣由形核和長大來完成結晶過程，實際進行在與純金屬凝固一樣由形核和長大來完成結晶過程，實際進行在一定的過冷度下。一定的過冷度下。2.2.凝固在一溫度范圍內進行。只有在溫度不斷下將時固體量才增凝固在一溫度范圍內進行。只有在溫度不斷下將時固體量才增加，溫度不變，液固數量維持平衡不變。加，溫度不變，液固數量維持平衡不變。3.3.凝固過程中液體和固體的成分在不斷變化。凝固過程中液體和固體的成分在不斷變化。如果冷卻速度較快，液體和固體成分來不及均勻，除晶粒細小如果冷卻速度較快，液體和固體成分來不及均勻，除晶粒細小外，固體中的成分會出現(xiàn)不均勻，樹枝

25、晶中成分也不均勻，產外，固體中的成分會出現(xiàn)不均勻，樹枝晶中成分也不均勻，產生晶內偏析；生晶內偏析；冷卻慢了會出現(xiàn)區(qū)域偏析。工程中采用先快冷，再在固態(tài)較高冷卻慢了會出現(xiàn)區(qū)域偏析。工程中采用先快冷，再在固態(tài)較高溫度下讓成分均勻。溫度下讓成分均勻。勻晶轉變特點：59存在枝晶偏析：存在枝晶偏析： 原子擴散不充分原子擴散不充分化學成分不均。化學成分不均。 先結晶的枝干中，含先結晶的枝干中，含Ni量高。量高。 Ni 20 -Cu80顯微組織圖顯微組織圖 ，單相，單相固溶體。固溶體。60（三） 共晶相圖 兩組元在液態(tài)中無限互溶，在固態(tài)時有限互溶且發(fā)生共晶反應的一種相圖，如Pb-Sn、Ag-Cu、Al-Si等

26、兩組元在液態(tài)中無限互溶，在固態(tài)時有限互溶且發(fā)生共晶反應的一種相圖，如Pb-Sn、Ag-Cu、Al-Si等61共晶相圖分析共晶相圖分析 液相線；固相線；三個單相區(qū)：液相線；固相線；三個單相區(qū)：L L、； 共晶點：共晶點：d d（共晶溫度），結晶出（共晶溫度），結晶出相、相、相，它們的相，它們的 混合物為混合物為共晶體。共晶體。6263典型典型( (成分成分) )合金的結晶過程合金的結晶過程合金合金I I：LL+LL+IIII 相組成物：相組成物：,64 Pb85% -Sn15%合金顯微組織圖。合金顯微組織圖。 黑色基體為黑色基體為 固溶體，白色顆粒為固溶體，白色顆粒為II固溶體固溶體65合金合金

27、II：（：（共晶反應）共晶反應）LL+( +)+相組成物：相組成物：、 組織組成物：組織組成物：共晶體共晶體(+) 成分：共晶體成分：共晶體=100% 形態(tài)：呈交替分布的層片狀混合物。形態(tài)：呈交替分布的層片狀混合物。 66Pb-SnPb-Sn共晶合金顯微組織共晶合金顯微組織是由是由固溶體（黑色），固溶體（黑色），固溶體（白色）固溶體（白色）呈交呈交替分布的層片狀混合物替分布的層片狀混合物67Pb-SnPb-Sn共晶體共晶體中中和和的的相對量計算相對量計算（質量分數）（質量分數） （97.5-61.9）（97.5-19.2） 0.455（45.5） ？68合金合金IIIIII：（：（亞共晶合金）

28、亞共晶合金） L L+ L L+初初 初初+(+(+）初初+II+II69 Pb-SnPb-Sn亞共晶合金顯微組織亞共晶合金顯微組織 黑色枝晶為黑色枝晶為初初固溶體，黑白相間分布的組固溶體，黑白相間分布的組織為（織為（+）共晶體，）共晶體， 初初內析出白色小顆粒為內析出白色小顆粒為II固溶體。固溶體。70Pb75-Sn25合金共晶溫度的組織組成物：與共晶體的質量分數 （86；共晶體14）合金合金III（亞共晶合金）組成亞共晶合金）組成 計算計算Pb75-Sn25合金共晶溫度的組成相與的質量分數 （93；7）71共晶相圖小結 在共晶線上都有共晶轉變發(fā)生。在共晶線上都有共晶轉變發(fā)生。 要區(qū)分共晶體

29、、先共晶相（初晶）、二次相的概要區(qū)分共晶體、先共晶相（初晶）、二次相的概念。念。 相組成物：組織中的組成相。相組成物：組織中的組成相。上圖中填寫的就是上圖中填寫的就是相組成物。相組成物。 組織組成物：組織中有一定形貌的組成部分。組織組成物：組織中有一定形貌的組成部分。 可用杠桿定律計算相組成物、組織組成物的相對可用杠桿定律計算相組成物、組織組成物的相對量。量。72（四）共析相圖（四）共析相圖共析轉變共析轉變：恒溫下，由一定成分的固相同時析出另外兩種成：恒溫下，由一定成分的固相同時析出另外兩種成分一定的固相的轉變。分一定的固相的轉變。 + 產物（產物（ + ）稱共析體，也是兩相細密交替分布。）稱

30、共析體，也是兩相細密交替分布。73 共析體：一種固相轉變共析體：一種固相轉變成兩種互相疊加的固相混合成兩種互相疊加的固相混合物（層片狀機械混合物）物（層片狀機械混合物） 。 共析反應是在固態(tài)下進共析反應是在固態(tài)下進行，原子擴散困難，共析體行，原子擴散困難，共析體比共晶體要細密。比共晶體要細密。鋼中的珠光體鋼中的珠光體74 固態(tài)轉變的相圖固態(tài)轉變的相圖冷卻過程中的相變全部在固體中發(fā)生。和冷卻過程中的相變全部在固體中發(fā)生。和簡單簡單( (勻晶、共勻晶、共晶、包晶晶、包晶) )相圖相圖對應的有下列轉變，對應相圖形式相同。對應的有下列轉變，對應相圖形式相同。簡單相圖簡單相圖固態(tài)轉變固態(tài)轉變反應式反應式

31、勻晶勻晶 L- 脫溶脫溶 IIII共晶共晶 L L + + 共析共析 + + 包晶包晶 L L + + 包析包析 + + 75相圖與合金物理、力學性能之間的關系相圖與合金物理、力學性能之間的關系76合金的使用性能與相圖的關系固溶體中溶質越多，晶格畸變越大，強度、硬度越高，電阻越大，性能與成分曲線成透鏡狀兩相組織合金的性能與成分呈直線關系變化形成化合物，組織越細密，強度越高，性能與成分線出現(xiàn)尖峰合金的工藝性能與相圖的關系純組元和共晶成分合金流動性最好，縮孔集中，鑄造性能好單相合金鍛造性能好77第三節(jié)第三節(jié) 鑄態(tài)組織與缺陷鑄態(tài)組織與缺陷 鑄態(tài)的組織和缺陷直接影響鑄件的力學性能。鑄態(tài)的組織和缺陷直接

32、影響鑄件的力學性能。78一、鑄錠（件）的宏觀組織一、鑄錠（件）的宏觀組織 金屬和合金凝固后的晶粒較為粗大，宏觀可見金屬和合金凝固后的晶粒較為粗大，宏觀可見 。三個晶區(qū)：三個晶區(qū)：1）細晶區(qū)（激冷層）；）細晶區(qū)（激冷層）；2）柱狀晶區(qū)；）柱狀晶區(qū)； 3）等軸晶區(qū)。）等軸晶區(qū)。 1231 2 379（一）表層細晶區(qū)一）表層細晶區(qū) 液態(tài)金屬注入錠模，與型壁接觸液態(tài)金屬注入錠模，與型壁接觸產生強烈過冷，立刻以型壁為形核面，形成大量的產生強烈過冷，立刻以型壁為形核面，形成大量的晶核并迅速長大至互相接觸，形成細小等軸晶粒。晶核并迅速長大至互相接觸，形成細小等軸晶粒。表層細晶區(qū)表層細晶區(qū)80（二）柱狀晶區(qū)：二）柱狀晶區(qū)：隨著型壁被熔液加熱升溫，細晶區(qū)隨著型壁被熔液加熱升溫，細晶區(qū)前沿液體的過冷度減小，形