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1、任务一任务一 金属的晶体结构金属的晶体结构 1 1 金属的晶体结构金属的晶体结构 2 2 金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构 3 3 纯金属的结晶纯金属的结晶 4 4 金属的同素异构转变金属的同素异构转变 任务二任务二 铁碳合金状态图铁碳合金状态图 1 1 二元合金相图二元合金相图 2 2、铁碳相图、铁碳相图任务三任务三 金属的塑性变形与再结晶学习情境二学习情境二 单元二单元二 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶二元合金相图二元合金相图相图相图：指表达处于复相平衡状态下的物系中，：指表达处于复相平衡状态下的物系中，诸相区的温度、压力、成分的诸相区的温度、压力、成分的极限图解极限图解。相
2、图相图（平衡图、状态图）（平衡图、状态图）平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。简化的简化的Fe-FeFe-Fe3 3C C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T(A+Fe3C)LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+Fe3C(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相图共晶相图共析相图共析相图匀晶相图匀晶相图(P+Fe3C)912一、二元合金相图的建立一、二元合金相图的建立（以铜镍合
3、金为例）（以铜镍合金为例）1 1、配制一系列不同成分的铜镍合金、配制一系列不同成分的铜镍合金2 2、用热分析法测出各成分的合金冷却曲线。、用热分析法测出各成分的合金冷却曲线。3 3、曲线特点：、曲线特点：（1 1）A A、B B两点是纯铜两点是纯铜、纯、纯镍都有一个镍都有一个平台平台，结晶，结晶在恒温下进行（一个临在恒温下进行（一个临界点）界点）（2 2）中间的四条曲线都有中间的四条曲线都有两个转折点结晶是在一两个转折点结晶是在一个温度区间进行（两个个温度区间进行（两个临界点）。临界点）。（3 3）将各临界点描绘在温将各临界点描绘在温度成分坐标系中得到度成分坐标系中得到图（图（b b）。）。何
4、谓共晶反应、包晶反应和共析反应何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点试比较这三种反应的异同点共晶反应：指确定成分的液体合金，在确定温度下，同时结晶出成共晶反应：指确定成分的液体合金，在确定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。分和晶格均不相同的两种晶体的反应。包晶反应：指确定成分的固相与确定成分的液相作用，形成另外一包晶反应：指确定成分的固相与确定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程。种固相的反应过程。共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有确定晶体结构的固相的反
5、应。两个新的，具有确定晶体结构的固相的反应。共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。的相，都处于三相平衡状态。不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。两组元在液态时无限互溶，固态时也无限互溶，结晶所构成的相图两组元在液
6、态时无限互溶，固态时也无限互溶，结晶所构成的相图称为二元匀晶相图。称为二元匀晶相图。二匀晶相图二匀晶相图 两组元在液态时无限互溶，两组元在液态时无限互溶，固态时也无限互溶，固态时也无限互溶，结晶所构成结晶所构成的相图称为的相图称为二元匀晶相图二元匀晶相图。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+液相线之上为液相线之上为液相区液相区，用，用L L表示表示液相线与固相线之间是液相线与固相线之间是液、固两相液、固两相，用，用L+L+固相线下方为固相线下方为固相区固相区，用，用表示表示A A点为铜的熔点点为铜的熔点B B点为镍的
7、熔点点为镍的熔点铜铜-镍合金匀晶相图镍合金匀晶相图CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+纯铜纯铜熔点熔点纯镍纯镍熔点熔点液相线液相线固相线固相线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区2 2、匀晶合金的结晶过程分析、匀晶合金的结晶过程分析abcdT,CtL L L匀晶转变 L 冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行
8、结晶。而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。注：在结晶过程中，注：在结晶过程中，合金处于合金处于L+L+区时，区时，液相成分随液相线变液相成分随液相线变更，固相成分随固相更，固相成分随固相线变更。线变更。例：例：K K点成分的合金点成分的合金从高温液态缓慢冷却从高温液态缓慢冷却至至3 3点时，其液相部点时，其液相部分具有分具有3/3/点的成分，点的成分，而固相部分具有而固相部分具有3/3/点的成分。液相与固点的成分。液相与固相的平均成分才是相的平均成分才是K K点的成分。点的成分。二元共晶相图：二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，两组元在液态时无限互溶，固态固态时有限互溶，时有限互溶，并发生
9、共晶反应所构成的相图称为并发生共晶反应所构成的相图称为二二元共晶相图元共晶相图。共晶反应共晶反应：是指冷却时由：是指冷却时由液相液相同时结晶出同时结晶出两个固相两个固相的复合混合物的反应。的复合混合物的反应。共晶体共晶体：共晶反应的产物是共晶体。：共晶反应的产物是共晶体。共晶组织共晶组织：共晶体的显微组织是共晶组织。：共晶体的显微组织是共晶组织。三共晶相图三共晶相图PbSnSn%T,C铅-锡合金共晶相图液相线液相线L固相线固相线 +L+L+固溶线固溶线 固溶线固溶线共晶转变分析共晶转变分析PbSnT,CL +L+L+共晶反应线共晶反应线表示从表示从c点到点到e点点范围的合金，在范围的合金，在该
10、温度上都要发该温度上都要发生生不同程度不同程度上的上的共晶反应。共晶反应。ce共晶点共晶点表示表示d点成分的合点成分的合金冷却到此温度金冷却到此温度上发生上发生完全完全的共的共晶转变。晶转变。dLd c+efg1 1、相图分析、相图分析（1 1）共晶点）共晶点 d d点点 相相相相（2 2）共晶线）共晶线 cde cde线线 Ldc+e Ldc+e(3)(3)固溶体脱溶线固溶体脱溶线 固溶体或固溶体或固溶体随着温度的下降，溶解度固溶体随着温度的下降，溶解度也不断的下降。也不断的下降。图中图中cfcf线表达了线表达了固溶体脱溶的变更规律，固溶体脱溶的变更规律，egeg线表达了线表达了固溶体的变更
11、规律。固溶体的变更规律。cf cf、egeg线称为固溶体脱溶线。线称为固溶体脱溶线。恒温恒温PbSnT,CL +L+L+183cedPbSnT,CL +L+L+183cedfg固溶体脱溶产物是固溶体脱溶产物是相，称为二次相，称为二次相（相（1 1）固溶体脱溶产物是固溶体脱溶产物是相，称为二次相，称为二次相（相（1 1）共共晶晶反反应应要要点点PbSnT,CL +L+L+183ced共晶转变在恒温下进行。共晶转变在恒温下进行。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。存在一个确定的共晶点。存在一个确定的共晶点。成分在共晶线范围的合金都要经验共晶转变。
12、成分在共晶线范围的合金都要经验共晶转变。fgX1合金结晶过程分析合金结晶过程分析cefgX1T,CtL L LL+冷却曲线冷却曲线 +1234PbSnT,CL +L+L+183cedX1合金结晶特点合金结晶特点T,CtL L LL+冷却曲线冷却曲线 +1.没有共晶反应过程，没有共晶反应过程，而是经过而是经过匀晶反应匀晶反应形成形成单相单相 固相。固相。2.要经过脱溶反应，要经过脱溶反应，室温室温 组织组成物组织组成物为为 +组织组成物组织组成物组织中，由确定的组织中，由确定的相构成的，具有确相构成的，具有确定形态特征的组成定形态特征的组成部分。部分。X2合金结晶过程分析合金结晶过程分析（共晶合
13、金）共晶合金）X2T,CtL(+)L(+)LL(+)共晶体共晶体冷却曲线冷却曲线(+)PbSnT,CL +L+L+183cedX3合金结晶过程分析合金结晶过程分析（亚共晶合金）（亚共晶合金）X3T,CtLL+(+)+12(+)+PbSnT,CL +L+L+183cedL+(+)+标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图四包晶相图四包晶相图 两组元组成的合金两组元组成的合金系，系，在液态无限互溶、在液态无限互溶、在固态有限互溶，并发在固态有限互溶，并发生包晶反应时，则形成生包晶反应时，则形成包晶相图。包晶相图。图图为包晶相图。为包晶相图。Fe-Fe3CFe-Fe3C系，系，Cu-ZnCu-Z
14、n系，系，Fe-MnFe-Mn系，系，Fe-NiFe-Ni系等都系等都有包晶反应，相图中都有包晶反应，相图中都包含有包晶部分包含有包晶部分有一个有一个三相共存的水平线三相共存的水平线decdec。在该线上进行包晶反应。在该线上进行包晶反应。包晶转变包晶转变：L Ld d+c c e ePtAgAg%T,C铂-银合金包晶相图L +L+L+cedfgT,CtLL+L+4 4、具有共析反应的相图、具有共析反应的相图 自某种匀整一样的自某种匀整一样的固相中同时析出两种固相中同时析出两种化学成分和晶格结构化学成分和晶格结构完全不同的新固相的完全不同的新固相的转变过程称为共析反转变过程称为共析反应。应。共
15、析体：共析反应的共析体：共析反应的产物称为共析体。产物称为共析体。共析组：织共析体的共析组：织共析体的显微组织称为共析组显微组织称为共析组织。织。共析反应前的母相不是液相，共析反应前的母相不是液相，而是在高温下经过匀晶或包晶而是在高温下经过匀晶或包晶反应形成的某种固相。反应形成的某种固相。共析相图共析相图共析转变共析转变：(+)共析体共析体ABT,C +cedL+L五五 相图与性能的关系相图与性能的关系1.1.合金的运用性能与合金的运用性能与相图的关系相图的关系2.2.固溶体中溶质固溶体中溶质浓度浓度3.3.强度、硬度强度、硬度 组织组成物的形态对组织组成物的形态对强度影响很大。组织越强度影响
16、很大。组织越细密，强度越高。细密，强度越高。1)1)、当合金形成单相固当合金形成单相固溶体时：溶体时：合金的性能与组成元合金的性能与组成元素的性质、溶质元素的素的性质、溶质元素的溶入量有关。溶入量有关。2)2)、当合金形、当合金形成复相混合物成复相混合物时，时，力学性能主要力学性能主要取决于其组织取决于其组织的细密程度：的细密程度：2.2.合金的工艺性能与相图的关系合金的工艺性能与相图的关系 铸造性能铸造性能液固相线距离愈液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分小（如接近共晶成分的合金），则流淌性的合金），则流淌性好，不易形成分散缩好，不易形成分散缩孔。孔。锻造、轧
17、制性能锻造、轧制性能单相固溶体合金，单相固溶体合金，变形抗力小，变形匀变形抗力小，变形匀整，不易开裂。整，不易开裂。本章作业：本章作业：1 1 晶体与非晶体的主要区分是什么？晶体与非晶体的主要区分是什么？2 2实际金属晶体缺陷有哪些，对材料力学性能有哪些影响实际金属晶体缺陷有哪些，对材料力学性能有哪些影响?3 3 什么叫过冷度？影响过冷度的主要因素是什么？什么叫过冷度？影响过冷度的主要因素是什么？晶粒大小对材料的力学性能有何影响？如何细化晶粒？晶粒大小对材料的力学性能有何影响？如何细化晶粒？金属化合物在结构和性能方面与固溶体有何不同？金属化合物在结构和性能方面与固溶体有何不同？试以纯铁为利说明金属的同素异构转变？试以纯铁为利说明金属的同素异构转变？7 7 何谓何谓F F、A A、渗碳体、渗碳体、P P和和LdLd？他们在结构、性能、组织形态和？他们在结构、性能、组织形态和性能上各有何特点？性能上各有何特点？二元合金相图表达了合金的什么关系二元合金相图表达了合金的什么关系?