工程材料—合金的结晶

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工程材料基础名词解释

⼯程材料基础名词解释⼯程材料基础名词解释⼀、合⾦：合⾦是指由两种或两种以上的⾦属元素、或⾦属元素与⾮⾦属元素组成的具有⾦属特性的物质。

⼆、固溶体：合⾦组元通过溶解形成⼀种成分和性能均匀、且结构与组元之⼀相同的固相称为固溶体。

三、固溶强化：通过融⼊某种溶质元素形成固溶体⽽是⾦属的强度、硬度升⾼的现象称为固溶强化。

四、结晶：物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固，凝固后的物质可以为晶体也，可以为⾮晶体。

若凝固后的物质为晶体，则这种凝固称为结晶。

五、相图：指在平衡条件下，合⾦的成分、温度和组织之间关系的图形。

六、硬度：是指材料抵抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能⼒。

七、热处理：是指采⽤适当的⽅式在固态下对⾦属进⾏加热、保温和冷却，以获得所学的组织和性能⼯艺⽅法。

⼋、本质晶粒度：根据标准试验⽅法，在c?930保温⾜够时间（3-8⼩时）±10后测定的钢中晶粒的⼤⼩。

是表⽰钢中奥⽒体晶粒长⼤的倾向性。

九、淬⽕：把钢进⾏奥⽒体化，保温后以适当⽅式冷却，已获得马⽒体或以下贝⽒体组织的热处理⼯艺⽅法称为淬⽕。

⼗、回⽕脆性：淬⽕钢回⽕时冲击韧性并不总是随挥回⽕温度的升⾼⽽简单的增加，有些钢在某个温度范围内回⽕时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象称为回⽕脆性。

⼗⼀、调质：⽣产上习惯将淬⽕加⾼温回⽕称为调质处理。

⼗⼆、变质处理：在液态⾦属结晶之前，特意加⼊某些难熔固态颗粒，造成⼤量以⾮⾃发晶核的固态质点，使结晶时晶核数量⼤⼤增加，从⽽提⾼了形核率，细化晶粒，这种处理⽅式即为变质处理。

⼗三、过冷和过冷度：实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷，理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差称为过冷度。

⼗四、时效：⾦属或合⾦在⼤⽓温度下经过⼀段时间后，由于过饱和固溶体脱溶和晶格沉淀⽽使强度逐渐升⾼的现象。

⼗五、红硬性：⼜叫热硬性，钢在⾼温下保持硬度的能⼒。

⼗六、选材的基本原则：所选的材料的使⽤性能应能满⾜零件的使⽤要求，易加⼯，成本低，寿命⾼。

合金的结晶过程较为复杂,通常运用合金相图来分析合金结晶...

LE C N
恒温
3）cf：为Sn在Pb中的溶解度线（或α相的固溶线）。温度降低，固溶体的溶解度下降。从固态α相中析出的β相称为二次β，常写作βⅡ。这种二次结晶可表示为：α→βⅡ 。 4）eg：为Pb在Sn中溶解度线（或相的固溶线）。Sn含量小于g 点的合金，冷却过程中同样发生二次结晶，析出二次α；即 β→αⅡ。
2）固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即为一个变温结晶过程。
工程材料原理
温度 L4 A 1083℃ L3 L2 t4
I L1 t3
L L+α t α 1 t2 α α 3 2
B 1452℃
1
L L α
、α 4 3
α
α
Cu
XL X0 Xα Ni % Ni （a）（b）图3-4 Cu-Ni合金相图
工程材料原理
1. 发生匀晶反应的合金的结晶
匀晶转变：从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。匀晶相图：二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合金系称为匀晶系。属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、AgAu、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类相图是学习二元合金相图的基础。
20%Ni
1. 纯金属冷却曲线上有水平台阶，是 TNi 因为凝固时释放的结晶潜热补偿了冷却时的热量散失，故温度不变；说明纯金属凝固是恒温过程；
T2. Cu
100%Cu
时间
Cu-Ni合金相图的测绘冷却曲线
合金冷却出现二次转折，是因为合金凝固时释放的结晶潜热只能部分补偿冷却时的热量散失，使冷却速 Cu 20 40 60 80 Ni 率降低，出现第一个拐点，凝固结 Ni % 束后，没有潜热补偿，冷却速率加快，出现第二个拐点，两个点分别为凝固开始点和凝固结束点。

工程材料第2章纯金属和合金的结晶-part1

水晶
结晶crystallization：液体凝固solidfication：液体
晶体固体
结晶
一、结晶的宏观现象
结晶过程的分析方法——热分析法（thermal analysis）
（一）
过冷现象
1.纯金属结晶时的冷却曲线
冷却曲线：金属结晶时温度与时间的关系曲线
温度 To T1
理论冷却曲线
G=H-TS 式中，H是焓，T是绝对温度，S是熵，可推得 dG＝Vdp－SdT 在等压时，dp=0，故上式简化为：（dG/dT）P=-S
由于熵恒为正值，所以自由能是随温度增高而减小。熵的物理意义是表征系统中原子排列混乱程度的参数。
交点温度（Tm）：两相自由能相等。
GL=GS 固态金属自由能与液态金属的自由能之差ΔG构成了金属结晶的驱动力。由于金属在结晶前后液固体积发生变化。因此，可以通过液固单位体积自由能的变化ΔGV来描述相变过程。
二、晶核的长大机制
——指液态原子以什么方式添加到固相上去（1）二维晶核长大机制（2）螺型位错长大机制（3）垂直长大机制横向长大机制
（一）二维晶核长大机制 ——具有光滑界面的物质的长大机制晶体的长大只能依靠液相中的结构起伏和能量起伏，使一定大小的原子集团几乎同时降落到光滑界面上，形成具有一个原子厚度并且有一定宽度的平面原子集团，使 △GS↑＜△GV↓ ，液态原子不断降落在原始原子集团周围，自发形成了一个大于临界晶界面的稳定状态。这晶核即为二维晶核。晶体以这种方式长大时，其长大速度十分缓慢（单位时间内晶体长大的线速度称为长大速度，用G表示，单位为cm/s）。
S1 2r 2 (1 cos )
L L cos

工程材料02(金属与合金的晶体结构)

金属材料的性能特点一般地，金属材料与非金属材料相比，金属材料具有良好的力学性能，而且工艺性能也较好。

即使都是金属材料，不同成分和不同状态下的性能也会有很大的差异。

造成这些性能差异的主要原因是材料内部结构不同，因此掌握金属与合金的内部结构特点，对于合理选材具有重要意义。

金属材料是靠原子间金属键结合起来的。

金属键——金属材料内部，呈一定规律排列的正离子与公有化的自由电子靠库仑力结合起来，这种结合力即为金属键。

（正离子+公有电子云、无方向性、非饱和性）金属材料的性能特点：1、良好的导电、导热性。

2、正的电阻温度系数3、良好的塑性4、不透明、有金属光泽第一节晶体的基本知识金属材料一般都是晶体，具有晶体的特性。

一、晶体——内部原子呈规则排列的物质。

晶体材料（单晶体）的特性：①具有固定的熔点。

②具有规则的几何外形。

③具有“各向异性”。

二、晶格、晶胞和晶格常数1、晶格——描述晶体中原子排列规律的空间点阵。

将原子的振动中心抽象为一几何点，再用直线的连接表示原子之间的相互作用。

2、晶胞——由于晶格排列具有周期性，研究晶格时，取出能代表晶格特征的最小基本单元即称为晶胞。

3、晶格常数——用来描述晶胞大小与形状的几何参数。

三条棱长：a、b、c三条棱的夹角：α、β、γ对于简单立方晶胞：棱长a=b=c 夹角α= β= γ= 90°第二节纯金属的晶体结构一、典型的晶格类型各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，往往呈现出不同的物理、化学及力学性能。

除少数金属具有复杂晶格外，大多数晶体结构比较简单，典型的晶格结构主要有以下三种：1、体心立方晶格（bcc）2、面心立方晶格（fcc）3、密排六方晶格（hcp）1、体心立方晶格（bcc ）晶格常数： a = b = c ；α=β=γ= 90°密排方向（原子排列最紧密的方向）：立方体的对角线方向原子半径：属于bcc 晶格的金属主要有：α-Fe 、Cr 、W 、Mo 、V 等ar 432、面心立方晶格（fcc ）晶格常数： a = b = c ；α=β=γ= 90°密排方向：立方体表面的对角线方向原子半径：属于fcc 晶格的金属主要有：γ-Fe 、Cu 、Al 、Au 、Ag 等。

工程材料第三章金属与合金的结晶

匀晶转变
α
2
L 2’
(α+β)
α
βⅡ
3
(α+β) (α+β)
α βⅡ
时间
一次α相一次α的成分沿AC线变化到C点
析出
βⅡ 液相的成分沿AE线变化到E点
183℃
LE
αc + βD
三、二元共晶相图
共晶相图：二元合金系中两组元在液态能完全溶解，而在固态互相有限溶解，并发生共晶转变的相图
（一）相图分析
其它相线：液相线，固相线，固溶线
合金系：两个或两个以上的组元按不同比例下配制成的一系列不同成分的合金的总称
合金的结晶特点：
1.合金的结晶过程不一定在恒温下进行，而是在一个温度范围内完成，而纯金属在恒温下完成； 2.合金的结晶不仅会发生晶体结构的变化，还会伴有化学成分的变化，而纯金属仅发生晶体结构的变化。
合金结晶：非恒温结晶一、二元合金相图的基本知识合金相图：又称合金平衡图，表示在平衡状态下，合金的组成相和温度、成分之间关系的图解
补充：共析相图共析转变：在恒定的温度下，一个有特定成分的固相分解成另外
两个与母相成分不相同的固相的转变过程，与共晶转变类似，S点为共析点
共析相图：发生共析转变的相图
第三章金属与合金的结晶
思考题
什么是过冷度？什么是共晶转变？工业生产中常采用哪些方法细化晶粒，
改善铸件的性能？
本章到此结束。
ALB为液相线，开始结晶，液相线以上为液态，L； AαB为固相线，结晶终了，固相线以下为固态区，α；液相线与固相线之间为两相共存区，L+α
分析
1.液、固相线不仅是相区分线，也是结晶时两相的成分变化线

机械工程材料第二章金属的晶体结构与结晶

均匀长大
树枝状长大
2-2
晶粒度
实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。晶粒细小金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。
标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。
2-2
• 影响晶粒度的因素
• （1）结晶过程中的形核速度N（形核率） • （2）长大速度G（长大率）
面心立方晶格
912 °C α - Fe
体心立方晶格
1600
温度
1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700 600 500
1534℃ 1394℃
体心立方晶格
δ - Fe
γ - Fe
γ - Fe
912℃
纯铁的冷却曲线
α – Fe
体心立方晶格
时间
由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过不同的热处理工艺来改变钢铁的组织和性能。
2-3
• 铁碳合金—碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金。含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 Fe、C为组元，称为黑色金属。 Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、 S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。
2-3
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC。 • 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 • 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。材料的凝固分为两种类型：

3金属与合金的结晶

铸锭结晶组织
工程材料第3章金属与合金的结晶 11
三、金属结晶后的晶粒大小
金属的强度、硬度、塑性和韧性等都随晶粒细化而提高 1.晶粒度——用来表示晶粒大小

①单位体积内的晶粒的数目；
②单位面积内的晶粒的数目； ③晶粒的平均直径或半径；
第3章金属与合金的结晶 12
工程材料
晶粒度 —— 表示晶粒大小，分8级晶粒度 1 2 3 4 5 6 7 8 32 64 128 256 512 1024 2048 单位面积晶粒数 16 细晶强化（个/mm2） —— 晶粒细化使金属机械性能提高的现象 250 177 125 88 62 44 31 22 晶粒平均直径（μm）
QL/Q=b1c1/a1b1
T,C L 1500 1 1400 a1 b1 1300 L+ 1200 1100 a 1083 2 1000 Cu 20
工程材料
1455 c
c1
杠杆定律推论：在两相区内，对应温度T1 时两相在合金b中的相 T1 对质量各为 T2 QL/QH=b1c1/a1c1
单相无限固溶体；
第3章金属与合金的结晶
工程材料
29
2.杠杆原理

确定两相区内两个组成相（平衡相）以及相的成分和相的相对量。
2. 随着温度的降低， 1. 在两相区内，对应杠杆定律：在两相区内，对两相的成分分别沿液每一确定的温度，两应每一确定的温度T1，两相质量的比值是确定的。即相线和固相线变化。相的成分是确定的。
也叫平衡结晶温度，是在无限缓慢的冷却条件下结晶
的温度，用T0表示。

原因：结晶释放的结晶潜热补偿了向外界散失的热量。
工程材料

工程材料—纯金属的结晶

19
铸锭的缺陷
1）缩孔（集中缩孔） ——最后凝固的地方 2）疏松（分散缩孔） ——枝晶间和枝晶内 3）气孔（皮下气孔）
20
第一节
纯金属的结晶
一、纯金属的结晶
二、同素异构转变
三、铸锭的结构
四、细化铸态金属晶粒的措施
五、单晶的制取
21
四、细化铸态金属晶粒的措施
1、晶粒度
晶粒度表示晶粒的大小，可用晶粒的平均面积或
（1） ab—液态逐渐冷却（2） bc—温度低于理论结晶温度过冷现象
过冷度
T T0 Tn
（3）cd—正在结晶回升——结晶时释放的结晶潜热大于向环境中散失的热量
Δt——孕育期
Δt
（4）de—正在结晶平台——结晶时释放的结晶潜热与向环境中散失的热量相等（5）ef—固态逐渐冷却
6
ห้องสมุดไป่ตู้
三个特殊温度：
1538 º C、1394º C、912º C
• 固态相变
特点： • 形核和长大 • 过冷度较大
钛、锡、钴、锰等金属也存在同素异构转变。
16
第一节
纯金属的结晶
一、纯金属的结晶二、同素异构转变三、铸锭的结构四、细化铸态金属晶粒的措施
五、单晶的制取
17
三、铸锭的结构
表层细等轴晶区中间柱状晶区心部粗等轴晶区
2) 树枝状长大：冷却速度较大，形成负温度梯度，树枝状的形状长大。
金属结晶示意图
12
平面长大的规则形状晶体
树枝状长大的树枝状晶体
金属的树枝晶
金属的树枝晶
13
第一节
纯金属的结晶
一、纯金属的结晶

工程材料(第二章2

• 共析相图与共晶相图相似，对应的有共析线 (PSK线)、共析点(S点)、共析温度、共析成分、共析合金(共析成分合金)、亚共析合金 (共析点以左的合金)、过共析合金(共析点以右的合金)。
Fe - Fe3C 相图
匀晶转变
共晶转变
共析转变
Fe
Wc（%）
6.69
➢ 相图中的点
ANHAB液1-4--J-态-9F-5包e合B℃熔晶金点转成J1w1变-45分C-9-=3HF溶1包580e4-℃E℃.解中-9晶1-5C7度的点℃N构1w%在3最-C转-δ9=-EF大1w大4同0变-1℃e-%C-溶4素中=-点C1w8C21解异-℃的C在.-4=1-度8共最14γ℃%C.-3晶%点D1w2-C-2=-7渗6℃.6碳9体%F-熔--FD渗点碳体
含碳6.69%, 用Fe3C或 Cm表示。硬度高，强度低，脆性大，塑性几乎为零。
渗碳体( Fe3C )晶格结构
➢ 共晶反应
共晶线 ECF，共晶点C。 L4.3(A2.11+Fe3C)
LC ( Ld )( E+Fe3CF）
L4.30 ( Le )( 2.11+Fe3C6.69）
共晶产物（ E+Fe3CF）是E点成份的与F
珠光体的组织特点是两相呈层片相间分布。共析反
应发生的范围： W(C)>0.0218%的Fe-Fe3C合金
均会发生共析反应，即室温下都会有P组织存在。
典型铁碳合金的平衡结晶过程
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：
工业纯铁[w(c) ≤ 0.0218% ] 钢 [0.0218%<w(c) ≤ 2.11%]
T℃
1538A
L
D1227
A 912 G

机械工程材料第三章复习题(合金的结晶和合金化原理)-选择和判断

第三章复习题（合金的结晶和合金化原理）1、由于物质中热能（Q）或成分(C)不均匀所引起的宏观和微观迁移现象统称为扩散现象。

2、在研究空间内温度或浓度不随时间而变化的扩散称为稳态扩散。

3、在研究空间内温度或浓度随时间而变化的扩散称为非稳态扩散。

4、单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散通量与温度或浓度梯度成正比，这一规律称为扩散第一定律。

5、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。

6、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。

7、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。

8、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。

9、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。

10、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。

11、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。

12、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。

13、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。

14、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。

15、在只有固态下发生的相变称为固态相变。

16、固溶体随温度降低，溶解度减小，多余的溶质原子形成另一种固溶体或化合物的过程称为脱溶沉淀。

17、由一个固相同时转变成两种成分不同但晶体结构相同且与母相晶体结构也相同的转变称为调幅分解。

18、由一个固相同时转变成两种固相的转变称为共析转变。

19、由两个固相转变成一种固相的转变称为包析转变。

20、原子扩散的结果使成分更均匀或形成新的相。

我的答案：√21、温度越高，扩散系数越小，扩散速度越慢。

我的答案：×22、渗碳温度越高，渗碳速度越快。

我的答案：√23、气氛碳势小于工件表面含碳量时气氛中的碳原子向工件内扩散。

我的答案：×24、工件表面与介质之间的换热系数越大，则工件加热或冷却速度越快，工件内的温度梯度也越大。

机械工程材料-2章晶体结构、结晶

晶胞原子数与原子半径
致密度与配位数
2.1.4 晶向指数与晶面指数
1 晶向指数
我们把任何两个或多个原子所在直线所指的方向，称为晶向。〖例1〗计算图（a）中的AB的晶向指数。解：①选晶胞的三条棱边建立X、Y、Z坐标轴，以晶格常数a b c 为坐标轴的度量单位。从坐标轴的原点O引一条有向直线OC，平行于待定晶向AB； ②在所引的有向直线上任取一点C（为方便起见，通常取距原点最近的阵点），求出该点C 在三坐标轴的坐标值,C(1/2,1/2, 1)。 ③将三个坐标值按比例化简为最小简单整数，并加上方括号，表示为［u v w］=[1 1 2]，即为所求的晶向指数。整数之间不用标点分开。如果 u、v、w中有某一数为负，则将负号用上划线的形式标注于该数之上。 AB的晶向指数为[1 1 2]。
例如：石墨是靠分子键结合，硬度很低。塑料也是靠分子键结合，强度较低。
由于范德瓦尔斯引力很弱，所以分子晶体的结合力很小，熔点很低，硬度也很低。
5 结合力与结合能
当大量原子结合成固体时，为使晶体具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子之间也必须保持一定的平衡距离，这就是固态金属中的原子趋于规则排列的原因。当原子间以离子键或共价键结合时，原子达不到紧密排列状态，这是由于这些结合方式对周围的原子数有一定的限制之故。
体心立方
面心立方
密排六方
2.1.6 实际金属的晶体结构
若整个晶体完全是晶胞规则重复排列的，这种晶体为理想晶体。实际晶体中，由于各因素的影响，总会存在一些不完整、原子排列偏离理想状态的区域，这些区域称为晶体缺陷。按缺陷在空间的几何形状和尺寸不同，缺陷分为：
点缺陷
晶体缺陷
线缺陷

工程材料及成型技术基础(吕广庶张元明著) 课后习题答案

《工程材料》复习思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷,线缺陷,面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度,自发形核，非自发形核,变质处理,变质剂.答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小,主要指空位间隙原子、置换原子等。

线缺陷:原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小.如位错。

面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大,而另一方向上的尺寸很小.如晶界和亚晶界.亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内,晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒,称亚晶粒。

亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。

刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。

滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。

如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。

单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致,则称这块晶体为单晶体。

多晶体:由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。

过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。

自发形核:在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规则排列的结晶核心.非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。

变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率,细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。

变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂.2.常见的金属晶体结构有哪几种？α—Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答:用来说明晶体中原子排列的紧密程度。

工程材料学_第一章-金属学基础知识

晶向（crystal direction）：
通过晶体中任意两个原子中心连线来表示晶体结构的空间的各个方向。晶胞原子数：一个晶胞内包含的原子数目。
原子半径：晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间
平衡距离的一半，与晶格常数有一定的关系。配位数：晶格中任一原子处于相等距离并相距最近原子数
的性能、塑性变形及其组织转变均有极为重要的作用。
通过冷塑性变形，提高位错
密度使得金属强度、硬度提
高的方法称为加工硬化。
面缺陷－晶界与亚晶界
大角度晶界---晶界
小角度晶界---亚晶界
大角度晶界---晶界
小角度晶界---亚晶界
小角度晶界---亚晶界
大角度晶界---晶界
金属的晶体结构
合金与合金的相结构
•单相合金组织(homogeneous structure )与多相合金组织 (Heterogenous structure):显微组织为单相的称为单相组织，为多相的称为多相组织。
•合金组织的相：构成合金组织的各个相称为合金组织的相。 • 相结构：相组成物的晶体结构称为合金的相结构
二、合金的相结构
点位置的异类原子
线缺陷
位错( dislocation )：晶格的一部分相对
于另一部分发生的局部滑移现象，或者说局部原子发生有规律的位置错排现象
面缺陷
晶界( grain boundary ) 亚晶界( sub-boundary )
点缺陷
置换原子
间隙原子
化合物离子晶体两种常见的缺陷
晶格空位
（1）晶面(crystal face)和晶向（ crystal directions ）:
晶向指数(indices of directions)和晶面指数(indices of crystal－plane)是分

工程材料学第03章结晶相图-new

长大
2. 晶粒长大 :
长大条件:长大同样要求一定的过冷度,但是Δ 可以很小, (1)长大条件:长大同样要求一定的过冷度,但是ΔT可以很小, 0.01～0.05℃即可即可. 如 0.01～0.05℃即可. 过程: 固界面附近的液体中的原子不断迁移到固态表面上不断迁移到固态表面过程: 液/固界面附近的液体中的原子不断迁移到固态表面上, 固体/液体界面不断向液体推进,实现晶体长大. 固体/液体界面不断向液体推进,实现晶体长大.
(5),树枝状晶 ),树枝状晶的长大过程
3,晶粒大小及影响因素
(1)晶粒大小:晶粒就是由一个晶核长大而成的单晶体.晶粒晶粒大小:晶粒就是由一个晶核长大而成的单晶体. 单位面积的晶粒数量或以晶粒的平均尺寸表示大小是以单位面积的晶粒数量或以晶粒的平均尺寸表示, 大小是以单位面积的晶粒数量或以晶粒的平均尺寸表示,为了方工业上也用晶粒度等级来表示, 级最大, 级最便,工业上也用晶粒度等级来表示,如1-8级,1级最大,8级最 - 级级最大如图所示. 小,如图所示.
平面推进长大——柱状晶生长(定向生长): 柱状晶生长( (2)平面推进长大柱状晶生长定向生长) 长大条件:结晶潜热通过固体定向散热, 如: 长大条件:结晶潜热通过固体定向散热, 定向散热钢锭中次外层的结晶非均匀长大——树枝状晶长大 (3)非均匀长大树枝状晶长大成分过冷( 长大条件:存在杂质或成分过冷针对多相生长) 长大条件:存在杂质或成分过冷(针对多相生长), 不均匀散热.大部分熔体结晶呈树枝状. 不均匀散热.大部分熔体结晶呈树枝状. 对称长大——等轴晶生长(球对称长大): 等轴晶生长( (4)对称长大等轴晶生长球对称长大) 长大条件:熔体纯度高,凝固时不断得到液体补充; 长大条件:熔体纯度高,凝固时不断得到液体补充;结晶潜热纯度高通过自身均匀散热. 钢锭中心部位的结晶. 通过自身均匀散热.如:钢锭中心部位的结晶.

2.2合金的结晶

第二节合金的结晶
2.2.1 二元合金的结晶
2.2.2 合金的性能与相图的关系
2.2.3 铁碳合金的结晶
匀晶相图
L→α
共晶相图
T,C
Ld (c e )
恒温
183

L+
c
L
d
L+
e

+
Pb Sn
包晶相图
T,C
Ld c e
恒温
L+
点：d(共晶点)
★cde上合金均共晶反应 ★d 点合金称为共晶合金 ★cd段—亚共晶合金 ★de段—过共晶合金
图2-15 Pb-Sn共晶相图
★cf—α相的固溶线。T降低，溶解度下降。α→βⅡ 。二次结晶；次生相或二次相βⅡ
★eg—β相的固溶线。冷却β→αⅡ。
2、典型合金的结晶合金Ⅰ的结晶过程
95 50 ( ) 100% 56.25% 95 15 ( ) 1 ( ) 43.75%
第二节合金的结晶
2.2.1 二元合金的结晶
2.2.2 合金的性能与相图的关系
2.2.3 铁碳合金的结晶
2.2.3 铁碳合金的结晶
一、铁碳相图
铁和碳→Fe3C、 Fe2C、 FeC ω(C) >Fe3C成分（6.69%），太脆
恒温 Ld c e
图2-15 Pb-Sn共晶相图
共晶体（α + β）——两相（α 、β）的混合物
1. 相图分析
adb acdeb
液相线固相线
线 cf Sn在Pb溶解度线
eg Pb在Sn溶解度线 cde 三相共存、共晶线
区:
单相区：L、α(Sn在Pb中的固溶体)、β (Pb在Sn中的固溶体) 两相区： L+α、 L+β、 α + β 三相共存区：cde(三相共存水平线、共晶线)

第三章金属与合金的结晶

2015-1-4 材料科学与工程学院多媒体课件 2
第3章金属与合金的结晶
凝固：液体 ——> 固体（晶体或非晶体）结晶：液体 →晶体
液体晶体
2015-1-4
材料科学与工程学院多媒体课件
3
第3章金属与合金的结晶
§3.1 结晶的基本规律
一、冷却曲线：通过实验，测得液体金属在结晶时的温度－时间曲线称为冷却曲线。
按处理均匀形核同样的方法可求出非均匀形核的临界半径r’k和形核功ΔG’k:
2L 2LTm r' k GV LmT
(3-15)
3 1 2 3 cos cos (3-16) 2 G 4r kL 3 4
经比较知，均匀形核的临界半径与非均匀形核临界球冠半径是相等的，而它们的临界形核功关系为：
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第3章金属与合金的结晶
当 r<rk 时，晶胚的长大使系统自由能增加，晶胚不能长大。当 r>rk 时，晶胚的长大使系统自由能降低，这样的晶胚称为
临界晶核，rk为临界晶核半径。对 ΔG =-4/3πr3ΔGv+4πr2σ进行微分并令其等于零可得： 2Tm rk Lm T
σLα、σαβ、σLβ分别为各相应界面的表面能。经整理化解可得：
2 3 cos cos3 4 3 2 r GV 4r L GV (3-14) 4 3
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第3章金属与合金的结晶
结晶阻力：
液态金属结晶时，必须建立同液体相隔开的晶体界面而消耗能量A(表面能)。这种产生新界面所需的能量A即为液态金属结晶的阻力。

合金的结晶知识点总结

合金的结晶知识点总结一、结晶的定义与特点结晶是指物质在一定条件下，由无序状态转变为有序状态的过程。

在固态金属和合金中，结晶是一种重要的物理现象，它影响着合金的性能和用途。

结晶的特点包括有序性、周期性、规则性和对称性。

二、合金的结晶方式合金的结晶方式主要包括共晶结晶、析出结晶、扩散控制结晶、再结晶等。

1. 共晶结晶共晶合金是由两种或两种以上的金属元素组成，且在一定温度范围内形成与基体共同结晶的合金。

共晶合金的共晶点温度比升华温度低，使得共晶合金易于结晶。

2. 析出结晶析出结晶是指在固溶体中析出新的相或晶粒，该过程是固溶体中溶质从固溶体中析出的过程。

3. 扩散控制结晶扩散控制结晶是由于界面扩散对固相反应速率的控制，因而在分解时呈现扩散控制的过程。

4. 再结晶再结晶是宏观特征是对晶体变形的恢复。

通过核心再结晶再结晶拟晶长大及晶粒细化，生产出具有良好性能的金属材料。

三、影响合金结晶的因素1. 温度温度是影响合金结晶的最主要因素之一。

合金的熔点、凝固温度和再结晶温度都与结晶过程有关，温度对合金结晶方式和晶粒尺寸都有很大的影响。

2. 成分合金的成分对结晶过程和晶粒尺寸都有重要的影响。

合金的成分不同，其结晶过程、成分的分布和晶粒尺寸都会有所差异。

3. 液态冷却速率冷却速率是指液态金属或合金在冷却过程中的冷却速率。

液态冷却速率对合金的宏观结构和微观结构都会产生重要的影响，从而影响合金的结晶方式和晶粒尺寸。

4. 添加元素合金中添加的元素对其结晶过程和晶粒尺寸都有很大的影响。

添加元素可以改变合金的化学成分和晶粒尺寸，从而对合金的性能产生影响。

四、合金结晶技术1. 凝固技术合金的凝固技术是其中最重要的一项技术，凝固技术可以影响合金的结晶方式、晶粒尺寸和组织结构，从而影响合金的性能和用途。

2. 热处理技术热处理技术包括退火、淬火、固溶处理、时效处理等，通过热处理技术可以改变合金的晶粒尺寸和组织结构，从而影响合金的性能和用途。