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1、金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 上上 课课 ！ 1 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 1、在正的温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能 呈树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？ 答： 2 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第四节匀晶相图及固溶体的结晶第四节匀晶相图及固溶体的结晶 五、成分过冷五、成分过冷 负温度梯度正温度梯度 3 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第四节匀晶相图及固溶体的结晶第四节匀晶相图及固溶体的结晶 五、成分过冷五、成分过冷 由于界面前沿液相中的成分差别引起固液界 面前沿一定范围内的液相实际温度低于平衡
2、结晶温度而 形成过冷区域的现象。 成分过冷： 过冷区域 4 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第四节匀晶相图及固溶体的结晶第四节匀晶相图及固溶体的结晶 五、成分过冷五、成分过冷 成分过冷对晶体成长形状的影响 突出部分顶端的溶 质原子向远处扩散 比两侧的要好。 沟槽溶质 浓度高 平衡结晶 温度低 过冷度小 生长速度低 于顶端 沟槽加深 一定条件下平衡，界 面以恒定速度推进 胞状界面 胞状组织、胞状 晶、蜂窝组织 树枝晶 过冷区 域很小 过冷区 域很大 5 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 1、在正的温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能 呈
3、树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？ 答： 纯金属凝固时，要获得树枝状晶体，必需在负 的温度梯度下；在正的温度梯度下，只能以平面状 长大。而固溶体实际凝固时，往往会产生成分过冷 ，当成分过冷区足够大时，固溶体就会以树枝状长 大。 6 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 2、何谓合金平衡相图，相图能给出任一条件下的 合金的显微组织吗？ 答： 相图是表示在平衡条件下合金系种合金的状态 与温度、成分间的关系图解-状态图或平衡图。 7 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 3、在两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的 Ni=90%，另一个铸件的Ni=5
4、0%，铸后自然冷却。 问：凝固后哪一个铸件的偏析严重，为什么？ 消除偏析的措施有哪些？ 答： 晶内偏析、区域偏析 8 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第四节匀晶相图及固溶体的结晶第四节匀晶相图及固溶体的结晶 三、固溶体的不平衡结晶三、固溶体的不平衡结晶 晶内偏析（枝晶偏析）： 在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 铜镍合金铸态组织： 枝干先结晶：含镍多，不易浸蚀，呈亮白色 枝间后结晶：含铜多，以浸蚀，呈暗黑色 先结晶的部分含高熔点组元较多 晶内偏析对合金的性能有很大的影响。 力学性能、耐蚀性能下降， 均匀化退火消除：低于固相线100-200，长时间保温 9 金属学与热处理王志刚
5、 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第四节匀晶相图及固溶体的结晶第四节匀晶相图及固溶体的结晶 三、固溶体的不平衡结晶三、固溶体的不平衡结晶 影响晶内偏析的因素： 1、分配系数k0 偏析最大程度： 当k01时，k0越小，偏析越大； 当k01时，k0越大，偏析越大 2、原子的扩散能力、结晶温度 例如钢中硅偏析小，磷偏析大 3、冷却速度 冷却速度大，偏析大 冷却速度大，过冷度大，晶粒小 10 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第四节匀晶相图及固溶体的结晶第四节匀晶相图及固溶体的结晶 四、区域偏析和区域提存四、区域偏析和区域提存 一）区域偏析 固溶体合金在不平衡结
6、晶时还会造成大范围内化学成 分不均匀现象。 假设：成分为C0、k01的液态合金在圆管内从左端向右 端逐渐凝固。（固相内无扩散，液相内扩散均匀） x1 x2 x3 k1C 1 C 0 还有液相成分 溶质原子富集 11 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 3、在两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的 Ni=90%，另一个铸件的Ni=50%，铸后自然冷却。 问：凝固后哪一个铸件的偏析严重，为什么？ 消除偏析的措施有哪些？ 答： 晶内偏析、区域偏析 12 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 4、何谓过冷成分？成分过冷对固熔体结晶时晶粒 长大方
7、式和铸锭组织有何影响。 在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固 液界面前沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的 熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成 分过冷。 这种过冷完全是由于界面前沿液相中的成分差别所 引起的。温度梯度增大，成分过冷减小。 成分过冷必 须具备两个条件：第一是固液界面前沿溶质的富集而引 起成分再分配；第二是固液界面前方液相的实际温度分 布，或温度分布梯度必须达到一定的值。 对合金而言，其凝固过程同时伴随着溶质再分配， 液体的成分始终处于变化当中，液体中的溶质成分的重新 分配改变了相应的固液平衡温度，这种关系有合金的平衡 相图所规定。利用“成分过冷”判断
8、合金微观的生长过程。 13 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 5、共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是 什么形态？如何形成的？ 答： 14 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第五节共晶相图及其合金的结晶第五节共晶相图及其合金的结晶 二、典型合金的平衡结晶及其组织二、典型合金的平衡结晶及其组织 二）含锡量Sn61.9%的合金（）:共晶合金 LE M+N tE(183) 共晶转变: 共晶组织 M和N相的含量: 温度继续下降, 和相分别析出次生相 和 15 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第五节共晶相图及其合金的结晶第五节共晶相图及
9、其合金的结晶 二、典型合金的平衡结晶及其组织二、典型合金的平衡结晶及其组织 二）含锡量Sn61.9%的合金（）:共晶合金 Pb-Sn共晶合金的显微组织: 和呈层片状交替分布,黑色为相,白 色为相 16 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第五节共晶相图及其合金的结晶第五节共晶相图及其合金的结晶 二、典型合金的平衡结晶及其组织二、典型合金的平衡结晶及其组织 三）含锡量19%Sn61.9%的合金（）:亚共晶合金 以Sn50%为例: 共晶转变结束时： 先共晶相、共晶组织（M、N） 继续冷却： 先共晶相、共晶组织中M和 N + 17 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学
10、与与 热热 处处 理理 18 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 5、共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是 什么形态？如何形成的？ 答： 19 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 6、铋（熔点为271.5C）和锑（熔点为630.7C）在液态和固 态时彼此无限互溶， Bi=50% 的合金在520时开始凝固出成分 为Sb=87% 的固相。 Bi=80%的合金在400C的时候开始凝固 出成分为Sb=64% 的固相。根据上述条件，要求： 1、绘制Bi-Sb相图，并不标出各线和各相区的名称； 2、从相图上确定Sb=40% 合金的开始结晶和结晶终了温度， 并求出它在400C
11、时的平衡相成分及其含量。 答： L L + D EC L40 =L20+64 Sb L =ED/CD =24/44 =54.55% =CE/CD =20/44 =45.45% 20 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第八节第八节 二元相图的分析和使用二元相图的分析和使用 一、相图分析的步骤一、相图分析的步骤 3、确定三相平衡转变的性质。 L L + 共晶转变 L + 共析转变 21 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第八节第八节 二元相图的分析和使用二元相图的分析和使用 一、相图分析的步骤一、相图分析的步骤 3、确定三相平衡转变的性质。 L L1
12、L2 + 偏晶转变 L1 L2 L + 熔晶转变 22 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第八节第八节 二元相图的分析和使用二元相图的分析和使用 一、相图分析的步骤一、相图分析的步骤 3、确定三相平衡转变的性质。 L + 包晶转变 L + 包析转变 L L1 + L2 合晶转变 L1L2 23 金属学与热处理王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 7、根据实验数据绘出概略的二元合金相图： 组元A熔点1000C，B熔点700C； B=25%的合金在500C结晶完毕，并由73.33%的先共晶相与 26.67%的（+）共晶体组成； B=50%的合金在500C结
13、晶完毕，并由40%的先共晶相与60% 的（+）共晶体组成，而此合金中的相总量为50%； BA N E M G F L + L L =L E+M N=72+(72-17)/5 =83 + 4(E-25)=11(25-M) 3(E-50)=2(50-M) M:17 E:72 共晶体中 ： =EN:ME=1:5 L + 24 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 8、根据实验数据绘出概略的二元合金相图： 组元A熔点1000C，B熔点700C， 在800C时： （B=5% ）+L（ B=50% ）= （ B=30% ）； 在600C时： L（ B=80% ）= （B=60% ）+ （ B=
14、95% ）；在 400C时： （B=50% ） = （ B=2% ）+ （ B=97% ） BA L + L L + L + + + + 25 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 9、根据实验数据绘出概略的二元合金相图： 在C-D二元系中，D组元熔点比C组元有较高的熔点，C在D中没有固 溶度。该合金存在下述恒温反应： 700C：L（ D=30% ）+ D = （ D=40% ）； 600C： （ D=45% ）+ D = （ D=70% ）； 500C：L（ D=5% ）+ （ D=25% ） = （ D=10% ） ； 400C： （ D=30% ）= （ D=5% ） + （
15、 D=50% ）； DC L L+D +D L+ + + + + L 26 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 11、找出错误，说明理由，并改正。 L + + L+ + L +L 包晶： 共析： 共晶： + + L+ L+ 27 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 12、假定需要用Zn=30%的Cu-Zn合金和Sn=10%的Cu-Sn合金制 造尺寸、形状相同的铸件，参照合金相图回答： 1、那种合金的流动性好 2、那种合金形成缩松的倾向大？ 3、那种合金的热裂倾向大？ 4、那种合金的偏析倾向大？ 28 王志刚 金金 属属 学学 与与 热热 处处 理理 第八节第八节 二元相图的分析和使用二元相图的分析和使用 三、根据相图判断合金的性能三、
