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机械工程材料第2章

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卖家[上传人]：luobi****88888

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1、第 2章材料的制备与相图Chapter2 Materials Manufacture and Phase Diagrams,2.1 材料的制备过程 2.2 二元相图的基本类型 2.3 典型二元相图的应用Fe-C相图分析 2.4 凝固与结晶理论的应用,2.1 材料的制备过程,2.1.1 材料凝固与结晶的条件,1）熔融液体的粘度（内因）是材料内部结合键性质和结构情况的宏观表征，其大小表示了液体中发生相对运动的难易程度。聚合物粘度大，不易结晶；金属粘度小，一般为金属晶体（2）冷却速度（外因）冷速越大，则在单位时间内逸散的热量越多，熔体温度降得越低，而又直接关系其中原子或分子的扩散能力。冷速大，金属扩散能力降低，不易结晶，得到非晶合金,2.1.2金属材料的制备1.金属的冶炼2.纯金属的结晶规律,液态金属的结构特点（结晶的充分条件,结构起伏 (相起伏,液态金属中存在短程有序原子集团,金属结晶的必要条件,过冷度,过冷是结晶的必要条件,热分析法测定金属结晶温度,不同冷速下的冷却曲线示意图,过冷度的影响因素冷速,自由能与温度的关系曲线,金属结晶的能量条件,纯金属结晶的普遍规律不断形成晶核

2、与晶核不断长大的连续过程,形核的方式,自发形核以液态金属中的结构起伏为基础非自发形核依赖于液体中的固体质点,晶核长大方式平面方式长大以树枝晶方式长大为主,单晶体与多晶体示意图,金属锑锭的组织示意图,2.2 二元相图的基本类型,有关相图的基本概念：合金状态一定条件下合金有哪几个相组成相变临界点相变的温度相图反映在平衡条件下，合金的状态同温度、成分之间关系的图形,热分析法建立Cu-Ni 二元合金相图的过程,2.2.1 相图的建立,用热分析法建立Cu-Ni相图,a）冷却曲线（b）测定的相图,2.2.2 匀晶相图,特点：两组元在液态、固态下均可以任意比例互溶（无限固溶体） Cu-Ni、Cu-Au、 Au-Ag、Fe-Cr等 1.相图分析特性点特性线相区基本相,2. 固溶体合金的平衡结晶过程分析,Cu-Ni合金的显微组织示意图,1）变温结晶（2）在结晶过程中，两平衡相的成分和相对百分含量是不断变化的。液相的成分沿着液相线变化，固相的成分沿着固相线变化；此间的任一温度瞬时，都可应用杠杆定律计算液固两相的相对百分含量,固溶体合金的平衡结晶规律,与纯金属相比,3. 杠

3、杆定律及其应用,内容表述:在合金相图的两相区内,若温度一定,则该温度下两平衡相的成分及两平衡相的相对量是一定的,且两相相对量之比等于各自相距较远的线段之比。适用条件：仅适用于两相区，用来求两个平衡相的化学成分和相对百分含量,4.不平衡结晶枝晶偏析,a）不平衡结晶；（b）不平衡结晶的组织,概念: 不平衡条件下,先结晶出的固溶体和后结晶出的固溶体成分不同,这种在一个晶粒内出现的成分不均匀现象称为枝晶偏析,消除办法:扩散退火(均匀化退火,2.2.3 共晶相图,1. 相图分析（1）共晶相图的形成,形成条件：固态为有限固溶体，发生共晶反应,2）相区与基本相（3）特性线与特性点,MEN水平线共晶线(三相区,2.典型合金的平衡结晶过程,1）有限固溶体合金（2）共晶成分的合金（3）亚共晶成分合金（4）过共晶成分合金,1）有限固溶体合金,10%Sn有限固溶体合金的冷却曲线及组织,1,2,3,1）有限固溶体合金,杠杆定律的应用在kth温度下，计算和的百分含量,2）共晶成分的合金,共晶合金的冷却曲线及室温下的组织,3）亚共晶成分合金,亚共晶合金的冷却曲线及组织,1,1,2,2,初晶的截

4、取位置及相应的组织形貌,3）亚共晶成分合金,4）过共晶成分的合金,过共晶合金的冷却曲线及组织,1,3.两种填写相图的方法,以相组分形式填写的相图,3.两种填写相图的方法,标明组织组分的铅-锡合金相图,2.2.4 包晶相图的特征,Fe-C相图包晶部分,4.包晶相图的特征,2.2.5 具有稳定化合物的相图,2.2.6 具有共析反应的相图,合金的性能与相图的关系,2.2.7 二元合金相图与性能之间的关系,1.合金的使用性能与相图的关系,2.合金的工艺性能与相图的关系,合金铸造性能与相图的关系,预习,准备 “2.3 铁碳合金相图分析” 内容的课堂讨论参见“学习指导”P1617中的课堂讨论（铁碳合金相图）提纲进行充分准备,2.3 铁碳合金相图分析,铁碳相图讨论总结,一、相、相组分、组织、组织组分的关系 1 相=相组分(相组成物） 2 组织是由相组成的 3 组织组分一定是组织，但组织不一定等于组织组分，组织=各组织组分总和,对平衡组织的影响对力学性能的影响 Wc不同，F和Fe3C的相对量不同； Fe3C的形态不同，导致性能不同 Fe3C的形态对性能的影响,共析 Fe3C呈片状强度、硬度塑性、韧性 Fe3C呈网状强度、塑性、韧性共晶 Fe3C为连续基体硬度强度、塑性、韧性,二、含碳量对铁碳合金平衡组织与性能的影响,2.4 凝固与结晶理论的应用,2.4.1 铸态晶粒度的控制晶粒度:晶粒大小用晶粒的平均面积或平均直径来表示晶粒度对性能的影响细晶强化晶粒度的影响因素形核率（N） N 晶粒细化长大速度（G） G 晶粒细化,则晶粒细化,控制晶粒度的方法,2.化学变质处理,3.增强液体流动法,1.控制过冷度,低温浇注金属型代替砂型水冷铸铁局部加冷铁,2.4.2 定向凝固技术,单晶体的制备,1.尖端形核法,2.垂直提拉法

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