02第二章凝固与固态相变
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第二章材料的凝固
正温度梯度
材料科学基础
实际金属结晶主要以树枝状长大。 是因存在负温度梯度，且晶核棱
角处散热好，生长快，先形成一
次轴，一次轴产生二次轴…，树 枝间最后被填充。
负温度梯度
材料科学基础
金属的树枝状结晶
材料科学基础
第三节
金属的同素异构转变
纯铁的同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变 化的现象称同素异构转变。同素 异构转变属于相变之一—固态相 变。 白锡四方13 灰锡金刚石立方 ⇌ ℃
⑶ 振动、搅拌等: 对正在结晶的金属进行振动或搅动， 一方面可靠外部输入的能量来促进形核，
另一方面也可使成长中的枝晶破碎，使晶核数
目显著增加。
电磁搅拌细化晶粒示意图
材料科学基础
气轮机转子的宏观组织(纵截面)
细晶的熔模铸件(上)
普通铸件(下)
材料科学基础
4、晶粒大小对金属性能的影响
常温下，晶粒越细，晶界面积越 大，因而金属的强度、硬度越高， 同时塑性、韧性也越好,即细晶强 化。
铸件中的气孔
张开的气孔
材料科学基础
四、铸造缺陷的消除与防止
净化
镇静钢与沸腾钢
连续铸造
)
形核前的界面能为：σLCA1 形核后的界面能为：σLSA2+σSCA1 故：ΔGS=（σLSA2+σSCA1）-σLCA1 =2πr2σLS(1-cosθ)+πr2θ(σSC-σLC) 把σLC=σLScosθ+σsc代入上式，得： ΔGS=πr2σLS(2 -3cosθ+(cosθ)3) ΔGS为形核的界面能变化值;
材料科学基础
体积相变吉布斯自由能:
第二章 焊接熔池凝固
系统总自由能变化△G由 两部分组成，即体积自由 能（由△Gv引起）和阻碍 相变的表面自由能。
r*为临界晶核半径. 只有r＞ r*的晶核才 可成为稳定晶核.
液相中形成球形晶胚时自由 能变化
4
§2-1-1 晶核形成—自发形核
也称为均质形核，是指形核前液相金属或合金中 无外来固相质点，而从液相自身发生形核的过程。
§2-3 结晶形态与成分过冷
纯金属的结晶形态 (右图所 示)
合金的结晶形态
平面结晶 planar 胞状晶 cellular 胞状树枝晶 cellular dendritic 柱状树枝晶 columnar dendritic 等轴晶 equi-axed dendritic
合金的结晶形态除了受“热 过冷”影响外，还受“成分 过冷”的影响，且后者往往 更重要。
焊接速度一定时，随焊接电流增加，G减小 （G/R减小），结晶形态从胞状晶向树枝晶转变。
焊接速度㎜/S 150A
300A
450A
0.85 1.69 3.39
胞状晶 胞状晶 细胞状晶
6.77
很细胞状晶
Source:From Savage et al.
胞状树枝晶
粗大胞状树枝晶
细胞状树枝晶 粗大胞状树枝晶
动力学过冷
热过冷
△T
纯金属的结晶形态 11
§2-3-1 成分过冷
(Constitutional Supercooling)
凝固过程的溶质再分配引 起固-液界面前沿的溶质富 集（b图)，导致界面前沿 熔体液相线温度发生改变 的改变(c图)。
当界面前沿液相的实际温 度梯度小于界面处液相线 的斜率时，则出现过冷 （如图中“G2实际”）。
熔池在运动状态下结晶 结晶前沿随热源同步运动 液态金属受到力的搅拌运动 熔池金属存在对流运动
r*为临界晶核半径. 只有r＞ r*的晶核才 可成为稳定晶核.
液相中形成球形晶胚时自由 能变化
4
§2-1-1 晶核形成—自发形核
也称为均质形核，是指形核前液相金属或合金中 无外来固相质点，而从液相自身发生形核的过程。
§2-3 结晶形态与成分过冷
纯金属的结晶形态 (右图所 示)
合金的结晶形态
平面结晶 planar 胞状晶 cellular 胞状树枝晶 cellular dendritic 柱状树枝晶 columnar dendritic 等轴晶 equi-axed dendritic
合金的结晶形态除了受“热 过冷”影响外，还受“成分 过冷”的影响，且后者往往 更重要。
焊接速度一定时，随焊接电流增加，G减小 （G/R减小），结晶形态从胞状晶向树枝晶转变。
焊接速度㎜/S 150A
300A
450A
0.85 1.69 3.39
胞状晶 胞状晶 细胞状晶
6.77
很细胞状晶
Source:From Savage et al.
胞状树枝晶
粗大胞状树枝晶
细胞状树枝晶 粗大胞状树枝晶
动力学过冷
热过冷
△T
纯金属的结晶形态 11
§2-3-1 成分过冷
(Constitutional Supercooling)
凝固过程的溶质再分配引 起固-液界面前沿的溶质富 集（b图)，导致界面前沿 熔体液相线温度发生改变 的改变(c图)。
当界面前沿液相的实际温 度梯度小于界面处液相线 的斜率时，则出现过冷 （如图中“G2实际”）。
熔池在运动状态下结晶 结晶前沿随热源同步运动 液态金属受到力的搅拌运动 熔池金属存在对流运动
第二章相固态相变概论ppt课件
2.焓
焓是一个热力学系统中的能量参数。由dU=δQ –pdV，可 以导出δQ= dU+pdV=dU+d(pV)-VdP=d(U+pV)-VdP 焓定义式为：H=U+pV ; 则δQ=dH-VdP
3.比热容
比热容的定义是，当一个系统由于加给一微小的热量δQ而稳 定升高dT时δQ/dT这个量即是比热容。
2.5 相变驱动力与形核驱动力
相变驱动力：新旧两相的自由能之差 2.5.1 纯组元同素异构转变
G m
H
m
T
S
m
当T=T0时有：
Gm
H
m
T0Sm
0
S
m
H
m
T0
代入第一个式子 且令∆T=T0-T有：
G m
H
m
T T0
过冷度ΔT不大时， 相变驱动力随ΔT的
增大而线性增加
2.5.2 脱溶反应的相变驱动力
Phase transition 时，物质聚集状态的突变。
突变可以体现为：
（1）从一种结构变化为另一种结构。狭义上来讲是指物态或 晶型的改变。如，气相凝结为液相或是固相，液相凝固为固 相等。广义上讲，结构变化还包括分子取向或是电子态的改 变（2。）成分的连续或不连续变化，这种成分变化主要是指封闭 体系内部相间成分分布的变化。如，固溶体的脱溶分解或是 溶液的结晶析出。
物理意义：大量的成分为x0的 相取出少量的成 分为x的物质的摩 尔Gibbs自由能
2.5.3 形核驱动力：EF
可通过母相自由能-成分曲线上该 母相成分点切线与析出相自由能成分之间的垂直距离来量度
形核驱动力：EF
不同成分的合金形核驱动力将不同
确定具有最大形核驱动力的核心成分 xm
焓是一个热力学系统中的能量参数。由dU=δQ –pdV，可 以导出δQ= dU+pdV=dU+d(pV)-VdP=d(U+pV)-VdP 焓定义式为：H=U+pV ; 则δQ=dH-VdP
3.比热容
比热容的定义是，当一个系统由于加给一微小的热量δQ而稳 定升高dT时δQ/dT这个量即是比热容。
2.5 相变驱动力与形核驱动力
相变驱动力：新旧两相的自由能之差 2.5.1 纯组元同素异构转变
G m
H
m
T
S
m
当T=T0时有：
Gm
H
m
T0Sm
0
S
m
H
m
T0
代入第一个式子 且令∆T=T0-T有：
G m
H
m
T T0
过冷度ΔT不大时， 相变驱动力随ΔT的
增大而线性增加
2.5.2 脱溶反应的相变驱动力
Phase transition 时，物质聚集状态的突变。
突变可以体现为：
（1）从一种结构变化为另一种结构。狭义上来讲是指物态或 晶型的改变。如，气相凝结为液相或是固相，液相凝固为固 相等。广义上讲，结构变化还包括分子取向或是电子态的改 变（2。）成分的连续或不连续变化，这种成分变化主要是指封闭 体系内部相间成分分布的变化。如，固溶体的脱溶分解或是 溶液的结晶析出。
物理意义：大量的成分为x0的 相取出少量的成 分为x的物质的摩 尔Gibbs自由能
2.5.3 形核驱动力：EF
可通过母相自由能-成分曲线上该 母相成分点切线与析出相自由能成分之间的垂直距离来量度
形核驱动力：EF
不同成分的合金形核驱动力将不同
确定具有最大形核驱动力的核心成分 xm
第二章 金属材料的凝固与固态相变
1.合金的使用性能与相图的关系 溶质的溶入量越多，晶格畸变越大，则 合金的强度、硬度越高，电阻越大。
两相组织合金的力学和物理性能与成分 呈直线关系变化。
2 .合金的工艺性能与相图的关系 铸造性能：纯组元和共晶成分的合金的流动 性最好，缩孔集中，铸造性能好。 锻造性能：单相合金的锻造性能好。单相组 织时变形抗力小，变形均匀，因而变形能力 大。双相组织的合金变形能力差些，特别是 组织中存在有较多的化合物相时。
固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不能充 分进行，则形成成分不均匀的固溶体。
2 .共晶相图
(1)相图分析 在共晶合金相图中，acb为液相线，adceb为固相线，合金系有 三种相，相图中有三个单相区（L、α 、β ）；三个两相区（L+α 、 L+β 、α +β ）；一条三相(L+α +β )共存线（水平线dce）。 dce为共晶线（ c点为共晶点）。 Lc → α d+ β
2.2.3 铸锭(件)的凝固
把金属熔化注入铸模，冷却后获得一定形状的铸件的工艺叫做 铸造。 1.铸锭（件）结晶组织 最典型的铸造结构，整 个铸锭明显地分为三个各具 特征的晶区。 ⑴细等轴晶区 在铸锭的 表层形成的一层厚度不大、 晶粒很细的区域。
⑵柱状晶区
⑶粗等轴晶区
2.3 铁碳合金 2.3.1 Fe-Fe3C相图
2.3.2 铁碳合金在平衡状态下的相变
根据Fe—Fe3C相图，铁碳合金可分为三类： 1)工业纯铁[wc ≤0.0218%] 2)钢[0.0218%< wc ≤2.11%
3)白口铸铁[2.11%< wc <6.69%]
工业纯铁的室温平衡组织为铁素体（F），呈白色状。由于其强 度低、硬度低、不宜用作结构材料。
两相组织合金的力学和物理性能与成分 呈直线关系变化。
2 .合金的工艺性能与相图的关系 铸造性能：纯组元和共晶成分的合金的流动 性最好，缩孔集中，铸造性能好。 锻造性能：单相合金的锻造性能好。单相组 织时变形抗力小，变形均匀，因而变形能力 大。双相组织的合金变形能力差些，特别是 组织中存在有较多的化合物相时。
固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不能充 分进行，则形成成分不均匀的固溶体。
2 .共晶相图
(1)相图分析 在共晶合金相图中，acb为液相线，adceb为固相线，合金系有 三种相，相图中有三个单相区（L、α 、β ）；三个两相区（L+α 、 L+β 、α +β ）；一条三相(L+α +β )共存线（水平线dce）。 dce为共晶线（ c点为共晶点）。 Lc → α d+ β
2.2.3 铸锭(件)的凝固
把金属熔化注入铸模，冷却后获得一定形状的铸件的工艺叫做 铸造。 1.铸锭（件）结晶组织 最典型的铸造结构，整 个铸锭明显地分为三个各具 特征的晶区。 ⑴细等轴晶区 在铸锭的 表层形成的一层厚度不大、 晶粒很细的区域。
⑵柱状晶区
⑶粗等轴晶区
2.3 铁碳合金 2.3.1 Fe-Fe3C相图
2.3.2 铁碳合金在平衡状态下的相变
根据Fe—Fe3C相图，铁碳合金可分为三类： 1)工业纯铁[wc ≤0.0218%] 2)钢[0.0218%< wc ≤2.11%
3)白口铸铁[2.11%< wc <6.69%]
工业纯铁的室温平衡组织为铁素体（F），呈白色状。由于其强 度低、硬度低、不宜用作结构材料。
[固态相变]-第二章 固态相变的形核长大和粗化-20190310
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A * 为临界核心表面能接受原子的原子位置数，
核心表面附近的原子能跳到核心的频率为：
0 exp(G m / kBT )
0是原子或单个分子振动频率，原子的振动频率为1013s 1数量级，
G m：原子迁动激活能
形核率I
nv A
exp(
G ) kBT
nv A 0
exp(
G m kBT
)exp(
G ) kBT
d(G) 0 dr
rc
2 (G v GE )
G
16r 3 3(G v GE
)2
rc
(Lv
2 T T0
GE )
G
16r 3
3(L v
T T0
G E )2
10 10
2.2 固态相变的形核
晶核：只有具有 相结构的小区域，尺寸大于rc时的核胚才能长大为晶
双核原。子模型
n<nC
n>nC
Q Q
A1为1个原子，An为n个原
22
相变的分类
按照热力学分类（Ehrenfest分类）：一级相变和高级相变（二级相 变），热力学参数改变的特征； 不同相变方式分类（Gibbs和Christian分类）：经典的形核-长大型相 变和连续型相变； 原子迁动方式分类：扩散型相变和无扩散型相变。
33
相变的分类
按照相变方式分类 1 Gibbs分类： 形核-长大型相变——由程度大、范围小的起伏开始发生相变 连续型相变——程度小、范围广的起伏连续地长大形成新相，如 Spinodal分解和连续有序化 2 Christian分类： 均匀相变：整个体系均匀地发生相 变，其新相成分和（或）序参量逐 步地接近稳定相的特性。相变由整个体系通过过饱和或过冷相内原始小 的起伏经“连续”地扩展（相界面不明显）而进行的。 非均匀相变：当母相内含晶体缺陷或夹杂物等并由它们帮助形核时，一 般马氏体相变。
《固态相变原理及应用》第二章 固态相变热力学原理
临界晶核的形核功W
形成临界晶核的形核功W为
由上式可知，表面能σ和弹性应变能ε增加时， 则临界晶核半径rห้องสมุดไป่ตู้增加， 形核功W增加。临界晶核半径和形核功都是自由能差的函数，也随过 冷度（过热度）而变化。过冷度（过热度）增大，临界晶核半径和形 核功都减小，新相形核几率增大，新相晶核数量也增多，即相变容易 发生。因此，只有在一定的温度滞后条件下系统才可能发生相变。与 克服相变势垒所需的附加能量一样，形核功所需的能量也来自两个方 面：一是依靠母相内存在的能量起伏来提供；二是依靠变形等因素引 起的内应力来提供。
T 固态相变热力学原理 hermodynamics in Phase Transformation
自由能G
在热力学当中，自由能指的是在某一个热力学过程中，系统 减少的内能中可以转化为对外作功的部分，它衡量的是：在 一个特定的热力学过程中，系统可对外输出的“有用能量”。
G是系统的一个特征函数，设H为焓、S为熵、T为绝对温度，
界面能之间存在下列关系
晶界形核系统自由能变化
若晶核为双球冠形，R为曲率半径，则有
当：
W＝0
满足这一条件时 该二次方程式的解为χ＝2、χ＝－4。 由此可知，界面形核时，只要
，形核便不再需要额外的能量。
界隅形核
界面、界棱和界隅都不是几何意义上的面、线和点，它们都占有 一定的体积。
(a)界面形核 (b)界棱形核 (c)界隅形核 界面、界棱和界隅都可以提供其所储存的畸变能来促进形核。在界面 形核时，只有一个界面可供晶核吞食；在界棱形核时，可有三个界面供晶 核吞食；在界隅形核时，被晶核吞食的界面有六个。所以，从能量角度来 看，界隅提供的能量最大，界棱次之，界面最小。然而，从三种形核位置 所占的体积分数来看，界面反而居首位，而界隅最小。
3熔池凝固和焊缝固态相变
令AC’弧=ds， 则ds=dxcosθ， ds/dt=dx/dtcosθ, Vs=Vcosθ
Vs-晶粒成长平均线速度；V-焊接速度；cosθ取决于焊接规范和材料 的热物理性质及形状。
晶粒成长的平均线速度，决定于cosθ值. Vc=Vcosθ
薄板
cos
1
A
q TM
2
1
K
2 y
K
2 y
1/ 2
– 合金元素的烧损比较严重，使熔池 中非自发形核的质点大为减少（柱状晶的形成原因之一）。
3.熔池是在运动状态下结晶（如图3-2） 熔池以等速随热源移动，熔化和凝 固同时进行。气体吹力，焊条摆动、 内部气体逸出等产生搅拌作用，利 于排除气体和夹杂，有利于得到致 密而性能好的焊缝。
4 联生结晶 熔池壁相当于铸型壁，熔池 内金属和熔池壁局部熔化的母材在凝固 过程中长成共同晶粒（体）。熔池壁作 为非自发形核的基底。
厚板对于co厚s 大1件 A
qv aTM
K
2 y
K
2 z
1
K
2 y
K
2 z
1/ 2
1 晶粒成长的平均线速度是变 化的
当Y=OB时，Ky=1，cosθ=0，θ=90º， Vc=0，
Y=0时，cosθ=1，θ=0，Vc=V Y=OB~0时,θ=90º~0º，Vc=0~V，晶 粒成长方向和线速度都是变化，熔 合线上最小，在焊缝中心最大，为 焊速。
• 与此同时，进行了短暂而复杂的冶金反应 。
• 当焊接热源离开以后，熔池金属便开始凝 固（结晶），如图3-1。
熔池凝固过程的研究目的：
• 熔池凝固过程对焊缝金属的组织、性能具有重要影响。 • 焊接工程中，由于熔池 中的冶金条件和冷却条件不同，可得到性能
Vs-晶粒成长平均线速度；V-焊接速度；cosθ取决于焊接规范和材料 的热物理性质及形状。
晶粒成长的平均线速度，决定于cosθ值. Vc=Vcosθ
薄板
cos
1
A
q TM
2
1
K
2 y
K
2 y
1/ 2
– 合金元素的烧损比较严重，使熔池 中非自发形核的质点大为减少（柱状晶的形成原因之一）。
3.熔池是在运动状态下结晶（如图3-2） 熔池以等速随热源移动，熔化和凝 固同时进行。气体吹力，焊条摆动、 内部气体逸出等产生搅拌作用，利 于排除气体和夹杂，有利于得到致 密而性能好的焊缝。
4 联生结晶 熔池壁相当于铸型壁，熔池 内金属和熔池壁局部熔化的母材在凝固 过程中长成共同晶粒（体）。熔池壁作 为非自发形核的基底。
厚板对于co厚s 大1件 A
qv aTM
K
2 y
K
2 z
1
K
2 y
K
2 z
1/ 2
1 晶粒成长的平均线速度是变 化的
当Y=OB时，Ky=1，cosθ=0，θ=90º， Vc=0，
Y=0时，cosθ=1，θ=0，Vc=V Y=OB~0时,θ=90º~0º，Vc=0~V，晶 粒成长方向和线速度都是变化，熔 合线上最小，在焊缝中心最大，为 焊速。
• 与此同时，进行了短暂而复杂的冶金反应 。
• 当焊接热源离开以后，熔池金属便开始凝 固（结晶），如图3-1。
熔池凝固过程的研究目的：
• 熔池凝固过程对焊缝金属的组织、性能具有重要影响。 • 焊接工程中，由于熔池 中的冶金条件和冷却条件不同，可得到性能
熔池凝固与固态相变PPT课件
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第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
2）焊接电流
焊接速度一定时，焊接电流较小（150A）时，得到 胞状组织；增加电流（300A）时，得到胞状树枝晶； 电流大（450A）时，出现更为粗大的胞状树枝晶
150A
300A
450A
图3-32 HY80钢焊接电流的影响
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第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
第19页/共66页
5、等轴晶 产生条件：过冷度大。 特征：结晶前沿长出粗大树枝晶，液相内，可自发 生核，形成自由长大的等轴树枝晶。
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第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
（四）焊接条件下的凝固（结晶）形态 熔池中成分过冷的分布在焊缝的不同部位是不同的 焊缝熔化边界（近熔合区），温度梯度大，结晶速 度小，成分过冷→0→平面晶发达 熔合区向焊缝中心过渡→温度梯度逐渐变小，结晶 速度逐渐增大→结晶形态由平面晶向胞状晶、树枝 胞状晶（柱状晶区）、等轴晶区发展
一次结晶组织：粗大的柱状晶
第30页/共66页
改善措施： 1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶
组织破坏。 2 )焊后热处理：加热A3+20~30%消失柱状晶。 3)冷却速度：冷却速度↑，硬度↑
第31页/共66页
二、低合金钢焊缝的固态相变组 织
低合金钢焊缝二次组织，随匹配焊接材料化学成分和冷却条件的不同， 可由不同的组织。以F为主，P、B、M占次要地位。以F为主，F越细小，则 韧脆转变温度越低，一般以V型缺口冲击试件断口中纤维区占50%时的温度 VTS为判断.
3、熔合区的成分分布 成分严重不均匀→性能下降 熔合区固液界面附近元素（溶质）的浓度分布
决定于该元素在固、液相中的扩散系数和分配系数。
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
2）焊接电流
焊接速度一定时，焊接电流较小（150A）时，得到 胞状组织；增加电流（300A）时，得到胞状树枝晶； 电流大（450A）时，出现更为粗大的胞状树枝晶
150A
300A
450A
图3-32 HY80钢焊接电流的影响
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第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
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5、等轴晶 产生条件：过冷度大。 特征：结晶前沿长出粗大树枝晶，液相内，可自发 生核，形成自由长大的等轴树枝晶。
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第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
（四）焊接条件下的凝固（结晶）形态 熔池中成分过冷的分布在焊缝的不同部位是不同的 焊缝熔化边界（近熔合区），温度梯度大，结晶速 度小，成分过冷→0→平面晶发达 熔合区向焊缝中心过渡→温度梯度逐渐变小，结晶 速度逐渐增大→结晶形态由平面晶向胞状晶、树枝 胞状晶（柱状晶区）、等轴晶区发展
一次结晶组织：粗大的柱状晶
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改善措施： 1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶
组织破坏。 2 )焊后热处理：加热A3+20~30%消失柱状晶。 3)冷却速度：冷却速度↑，硬度↑
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二、低合金钢焊缝的固态相变组 织
低合金钢焊缝二次组织，随匹配焊接材料化学成分和冷却条件的不同， 可由不同的组织。以F为主，P、B、M占次要地位。以F为主，F越细小，则 韧脆转变温度越低，一般以V型缺口冲击试件断口中纤维区占50%时的温度 VTS为判断.
3、熔合区的成分分布 成分严重不均匀→性能下降 熔合区固液界面附近元素（溶质）的浓度分布
决定于该元素在固、液相中的扩散系数和分配系数。
第2章 凝固过程的基本原理(2)
15。在极低速凝固下以
平面状生长；随着速度 增大，平界面失稳形成
胞晶；增到一定值，发
生胞晶向枝晶转变。再 增大速度，枝晶转变为 更细的上胞晶。增到极高速条件时，再次获得平面状凝固界面。
4.单相合金的凝固---凝固组织形态的历史相关性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
凝固组织形态的历史相关性 在很长时期内，经典凝固理论一直认为，一定凝固条件下对应的凝固 组织及其尺寸是唯一的。然而实验研究表明，在枝晶和胞晶凝固过程中， 在给定的生长速率和温度梯度下，枝晶间距和胞晶间距均存在一个容许的 范围，在该范围内，其具体数值是和凝固历史相关的。
的潜热也会产生过冷减小，但是
没有非金属类物质那样显著。因 此，严格地说，如图9-7所示，
凝固界面前熔体中的过冷减小，
是由于溶质偏析和凝固伴随放出 潜热这两方面因素共同引起的温
度升高。
4.单相合金的凝固---金属凝固过程中的成分过冷
合金的晶体长大，除了传热的影响外，更主要的是受传质的影响。 图4-17显示了合金单向凝固时
大多数共晶均由两相组成，由于它们的化学组成和凝固条件不同，可以形
成各种各样的组织形态。根据凝固条件的不同，共晶组织可分为自由共晶 和定向共晶两种。 自由共晶如同固溶体型合金的等轴晶凝固，组成共晶的两相从一个结晶 核心耦合地向四周生长形成共晶团。 定向共晶是组成共晶的两个相沿特定方向耦合生长形成一维共晶组织。
及界面原子动力学决定的，在合金成分
给定后，就可以通过改变凝固过程的控制参数来控制凝固组织。
Solid
Quenched Liquid
(a)
(b)
Solid
Quenched Liquid
镁 合 金 定 向 凝 固 组 织 图 例
02第二章 金属的晶体结构与结晶
组织。
放大100∼2000倍的组织称高倍组织或显微组织。 在电子显微镜下放大几千∼几十万倍的组织称精细组织或电镜组
织。
显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的
形态、数量、大小和分布的组合。
二、合金的相结构
1、固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之
理工艺的重要依据。
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。
Fe-C二元相图
三元相图
1. 二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用
的是热分析法。
二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1、配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线 上的相变点（停歇点或转折点）。 2、在温度-成分坐标中做成分垂线，将相变点标在成分垂线上 3、将这些相变点连接起来，即得到Cu-Ni相图。
因而细晶粒无益。但晶粒太粗易产生应力集中。因而
高温下晶粒过大、过小都不好。
2.细化晶粒的方法
晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。
单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)。
单位时间内晶核生长的长度
叫长大速度(G)。
N/G比值越大，晶粒越细小。 因此，凡是促进形核、抑制长 大的因素，都能细化晶粒。
第二章 金属的晶体结构 与结晶
不同的金属具有不同的
力学性能，主要是由于材 料内部具有不同的成分、
组织和结构。
第一节 金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属
主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条 件下晶体和非晶体可互相转化。
T= T0 –T1
放大100∼2000倍的组织称高倍组织或显微组织。 在电子显微镜下放大几千∼几十万倍的组织称精细组织或电镜组
织。
显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的
形态、数量、大小和分布的组合。
二、合金的相结构
1、固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之
理工艺的重要依据。
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。
Fe-C二元相图
三元相图
1. 二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用
的是热分析法。
二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1、配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线 上的相变点（停歇点或转折点）。 2、在温度-成分坐标中做成分垂线，将相变点标在成分垂线上 3、将这些相变点连接起来，即得到Cu-Ni相图。
因而细晶粒无益。但晶粒太粗易产生应力集中。因而
高温下晶粒过大、过小都不好。
2.细化晶粒的方法
晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。
单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)。
单位时间内晶核生长的长度
叫长大速度(G)。
N/G比值越大，晶粒越细小。 因此，凡是促进形核、抑制长 大的因素，都能细化晶粒。
第二章 金属的晶体结构 与结晶
不同的金属具有不同的
力学性能，主要是由于材 料内部具有不同的成分、
组织和结构。
第一节 金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属
主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条 件下晶体和非晶体可互相转化。
T= T0 –T1
工程材料及其材料成型技术_OK
37
实际金属中的缺陷对材料力学性能的影响: • 点缺陷的存在，提高了材料的硬度和强度，降低了材料的塑性和韧性，
增加位错密度可提高金属强度，但塑性随之降低; • 面缺陷能提高金属材料的强度和塑性; • 细化晶粒是改善金属力学性能的有效手段;
38
本节重点
• 晶体、晶格和晶胞 • 三种典型晶格类型 • 晶粒大小和性能的关系 • 晶体缺陷类型
31
晶格常数： 底面边长a 底面间距c 侧面间角120 侧面与底面夹角90 晶胞原子数：6
原子半径：a/2
致密度：0. 74
32
1.2.2 实际晶体结构
1)单晶体和多晶体 单晶体——结晶方位完全一致的晶体，如单晶Si半导
体。 多晶体——由许多外形不规则的晶体颗粒 (简称晶粒)
所组成。这些晶粒内仍保持整齐的晶胞堆积。 各晶粒之间的界面——晶界。
39
§1-4 合金的晶体结构
合金——由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素通过熔炼、 烧结或其他结合生成的具有金属特性的物质。 如：铁碳合金、铜合金、铝合金等。
40
合金除具备纯金属的基本特性外，还可以拥有纯金属所不能达到的一 系列机械特性与理化特性,如高强度、高硬度、高耐磨性、 强磁性、耐蚀 性等。
工程材料及材料成型 技术基础
教学专业： 机械类 教 材：《工程材料及成形技术基础》
吕广庶、张远明主编 东南大学出版社 学 时： 56学时 南京林业大学机电学院
1
绪论
• 材料 • 毛坯的三大类成型方法：
铸造 焊接 锻造
2
目录
绪论 第一篇 工程材料 第二篇 材料成形技术
3
工程材料
本篇内容
• 绪论 • 第一章 工程材料的结构与性能 • 第二章 金属材料的凝固与固态相变 • 第四章 金属材料热处理 • 第五章 金属材料表面改性 • 第六章 金属材料
实际金属中的缺陷对材料力学性能的影响: • 点缺陷的存在，提高了材料的硬度和强度，降低了材料的塑性和韧性，
增加位错密度可提高金属强度，但塑性随之降低; • 面缺陷能提高金属材料的强度和塑性; • 细化晶粒是改善金属力学性能的有效手段;
38
本节重点
• 晶体、晶格和晶胞 • 三种典型晶格类型 • 晶粒大小和性能的关系 • 晶体缺陷类型
31
晶格常数： 底面边长a 底面间距c 侧面间角120 侧面与底面夹角90 晶胞原子数：6
原子半径：a/2
致密度：0. 74
32
1.2.2 实际晶体结构
1)单晶体和多晶体 单晶体——结晶方位完全一致的晶体，如单晶Si半导
体。 多晶体——由许多外形不规则的晶体颗粒 (简称晶粒)
所组成。这些晶粒内仍保持整齐的晶胞堆积。 各晶粒之间的界面——晶界。
39
§1-4 合金的晶体结构
合金——由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素通过熔炼、 烧结或其他结合生成的具有金属特性的物质。 如：铁碳合金、铜合金、铝合金等。
40
合金除具备纯金属的基本特性外，还可以拥有纯金属所不能达到的一 系列机械特性与理化特性,如高强度、高硬度、高耐磨性、 强磁性、耐蚀 性等。
工程材料及材料成型 技术基础
教学专业： 机械类 教 材：《工程材料及成形技术基础》
吕广庶、张远明主编 东南大学出版社 学 时： 56学时 南京林业大学机电学院
1
绪论
• 材料 • 毛坯的三大类成型方法：
铸造 焊接 锻造
2
目录
绪论 第一篇 工程材料 第二篇 材料成形技术
3
工程材料
本篇内容
• 绪论 • 第一章 工程材料的结构与性能 • 第二章 金属材料的凝固与固态相变 • 第四章 金属材料热处理 • 第五章 金属材料表面改性 • 第六章 金属材料
材料的凝固气相沉积扩散与固态相变课件
凝固过程中的相变
相变
物质在凝固过程中，物理状态发生改变的现象。
相变类型
共晶、包晶、固溶体等。
相变过程
形核、长大、粗化等。
凝固过程中的扩散与传
1 2 3
扩散 物质在固态或液态中，由于浓度梯度而引起的迁 移现象。
传输过程 溶质传输、热能传输、动量传输等。
扩散与传输对凝固过程的影响 影响晶粒形貌、组织结构、热处理工艺等。
气相沉 积
物理气相沉 积
物理气相沉积（PVD）是一种利用物理方法将固体材料转化为气态，再通过冷却和 凝结的过程在基材上形成固态薄膜的技术。
PVD技术包括真空蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜等，广泛应用于电子、光学、机 械和航空航天等领域。
PVD技术具有高沉积速率、低温度、高纯度等优点，但同时也存在薄膜附着力差、 设备成本高等问题。
材料的凝固气相 沉积扩散与固态 相变课 件
目录
• 气相沉积 • 固态相变 • 材料性能与结构 • 材料科学与工程中的挑战与前景
材料的凝固
凝固的基本原理
01
02
03
凝固
物质从液态变为固态的过 程。
凝固的热力学条件
系统的自由能随温度降低 而减小。
凝固的动力学条件
液态物质冷却速率达到某 一阈值时开始凝固。
新材料的研 发
新材料的研究需要大量的实验和理论 计算，需要不断探索新的制备方法和 工艺。
新材料的应用
新材料的应用需要考虑到其性能、安 全性、经济性等多个方面，需要进行 全面的评估和测试。
THANKS
固态相变的应用
应用领域
金属材料、陶瓷材料、复合材料等。
应用实例
钢铁工业中的连续冷却相变，用于控制钢材的组织和性能；陶瓷材料的烧结和相 变，用于制备高性能陶瓷材料；复合材料的界面相变，对复合材料的力学性能和 稳定性具有重要影响。
工程材料及成形技术基础(第三版)教学课件8
第二章金属的凝固与固态相变
1.晶体的结晶
第二章金属的凝固与固态相变
2.非晶体的凝固
第二章金属的凝固与固态相变
2.1.2金属的结晶
1.金属的结晶过程
2.影响形核和长大的因素
过冷度的影响
难熔杂质的影响
3.晶粒大小及控制 晶粒度的概念
ZV 0.9(N / G)3/4 Zs 1.1(N / G)1/2
2.同分异构
第二章金属的凝固与固态相变
2.2合金的凝固
2.2.1二元合金相图与凝固 1.匀晶相图
匀晶相图的建立 杠杆定律 枝晶偏析 2.共晶相图 3.包晶相图 4其他相图 2.2.2合金的性能与相图的关系 2.2.3铸锭(件)的凝固
第二章金属的凝固与固态相变
匀晶相图的建立
第二章金属的凝固与固态相变
第二章金属的凝固与固态相变
1.铁碳合金的相结构与性能
•铁素体 F •奥氏体 A •渗碳体 Fe3C
2.相图分析
第二章金属的凝固与固态相变
2.3.2在铁碳合金平衡状态下的相变
铁碳合金的分类
种类
工业纯铁
亚共析钢
钢 共析钢
过共析钢
白口铸铁
亚共晶白 共晶白
口铁
口铁
过共晶 白口铁
含碳 <0.0218 0.0218 0.77 0.77- 2.11
2.3.3含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
1.含碳量对平衡组织的影响
2.含碳量对力学性能的影响
第二章金属的凝固与固态相变
2.含碳量对力学性能的影响
第二章金属的凝固与固态相变
2.3.4Fe-Fe3C相图的应用
1.在选材上的应用 2.在铸造工艺制订上的应用 3.在塑性加工工艺制订上的应用 4.在热处理工艺制订上的应用
固态相变和凝固的异同
固态相变和凝固的异同
固态相变和凝固都是物质的相变过程，但它们在许多方面存在着异同。
异同之处：
1.定义：固态相变是指物质在固态下由一种晶体结构转变为另
一种晶体结构或者由非晶态转变为晶态的过程。
而凝固是指物质由液态转变为固态的过程。
2.条件：固态相变发生在固态物质内部，在不同的温度、压力
或者化学环境下发生。
凝固则需要液态物质冷却到一定温度下。
3.过程：固态相变是一个晶体内部的结构重组过程，只有晶格
内原子的位置发生变化。
凝固是一个液滴或溶液中原子或分子聚集形成晶体的过程。
4.速率：固态相变往往较慢，需要较长时间才能完成。
凝固则
可以较快地发生。
5.形态：固态相变一般是物质整体的结构改变，不涉及形态变化。
凝固则是物质从液滴或溶液中形成固态结构。
6.热效应：固态相变通常伴随着比较明显的热效应，例如熔化热。
凝固也伴随着热效应，例如凝固热，但通常不如固态相变明显。
7.引起因素：固态相变的发生受到温度、压力和化学环境的影响。
凝固则主要受到温度的影响。
异同之处：
1.相变过程：无论是固态相变还是凝固，都是物质由一种状态变为另一种状态的过程。
2.宏观表现：无论是固态相变还是凝固，都会导致物质的外观和性质发生变化。
3.原子结构：无论是固态相变还是凝固，都涉及到原子的重新排列和重新组合。
第02章-金属材料的凝固与固态相变
2.2 合金的凝固
杠杆定律 • 在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的 端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。 例：求30%Ni合金在1280时相的相对量 T,C L 1455 c 1500 1400 a1 b1 c1 1280 C 1300 L+ 1200 1100 a 1083 1000 Cu
金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，称为二 次结晶或重结晶。 同素异构转变属于相变之一—固态相变。 1、铁的同素异构转变 铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，变化为：
2.1 纯金属的结晶
同素异构转变
纯铁的同素异构转变
质量一定的纯铁，发 生α-Fe→γ-Fe时，其体积 如何变化？ 体积缩小。因为质量 一定，原子个数一定， 而γ -Fe的排列比α -Fe 紧密，占空间小，所以 体积减小。
0.53 0.45 Q 100% 61.5% 0.58 0.45 0.58 0.53 QL 100% 38.5% 0.58 0.45
2.2 合金的凝固
二元匀晶相图 • 两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图称之为二元 匀晶相图。 • 合金系有Cu-Ni，Cu-Au，Au-Ag，Fe-Ni，W-Mo等
细化铸态金属晶粒的措施 晶粒越小, 则金属的强度、塑性和韧性越好。工程上使晶粒细 化, 是提高金属机械性能的重要途径之一。这种方法称为细 晶强化。 ⑴ 增大过冷度： 随过冷 度增加，N/G值增加，晶粒
变细。
⑵ 变质处理： 又称孕育 处理。即有意向液态金属内 加入非均匀形核物质从而细 化晶粒的方法。所加入的非
固溶体的成分又变回到 合金成分3上来。
液固相线不仅是
相区分界线, 也是结
(最新整理)02金属固态相变基础
㈡ 非平衡相变
伪共析转变 马氏体转变 贝氏体转变 非平衡脱溶转变
2021/7/26
10
⑴ 伪共析转变 非共析成分的奥氏体
被过冷到GS和ES的 延长线以下温度时
同时析出铁素体和渗碳体
转变过程和转变产物 类似于共析转变
2021/7/26
11
⑵ 马氏体相变
高温下的奥氏体
进一步提高 冷却速度
使伪共析相变 来不及进行
31
2 rc GV
WGmax
163 3(GV )2
由此可见，当表面能σ和弹性应变能ε增大时，临界 晶核半径rc增大，形核功W增大。
具有低界面能 和高弹性应变 能的共格新相 晶胚，倾向于 呈盘状或片状
2021/7/26
具有高界面能 和低弹性应变 能的非共格新 相晶胚，倾向
于呈等轴状
32
与液态金属结晶相似，金属固态相变均匀形核时的
均匀核形率核I的非形常核小率。一般非
常小，不太可能成为固态 相变形核的主要形式
固态中存在大量缺陷 → 储存畸变能 → 提供形核
能量 → 能促进形核
非均匀形核为固态相变的主要形核方式
2021/7/26
34
㈡ 非均匀形核
系统自由能变化
均匀形核： G V G Vs V
非均匀形核： G V G V S V G d
金属固态相变
新旧两相的自由能差
新旧两相的自由能差
界面能
2021/7/26
形核的阻力
界面能 ＋
应变能 29
按照经典形核理论，金属固态相变均匀形核时系统 自由能的总变化ΔG为：
G V G Vs V
式中：V —— 新相体积； ΔGV—— 新旧相的单位体积自由能差；
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热 影 响 区
低碳钢焊接时热影响区内的组织变化
第二章金属的凝固与固态相变
本章小结
本章主要介绍了纯金属结晶、合金结晶的基本过程（形核、 核长大），影响形核、长大的因素（过冷度、高熔点难熔杂质）， 影响和控制晶粒大小的因素（V冷、变质处理）。还重点介绍了相 图，根据相图分析合金的冷却过程，合金性能与相图的关系。此 外，重点介绍了铁碳合金状态图及其应用。还重点介绍了钢在冷 却过程中的转变。一般介绍了焊接接头的相变。
第二章金属的凝固与固态相变
2.3.1Fe-Fe3C亚稳相图
第二章金属的凝固与固态相变
1.铁碳合金的相结构与性能
•铁素体 F •奥氏体 A •渗碳体 Fe3C
2.相图分析
第二章金属的凝固与固态相变
2.3.2在铁碳合金平衡状态下的相变
铁碳合金的分类
钢
种类 工业纯铁 亚共析 钢 0.0218 -0.77 F+P 共析钢 过共析 钢 0.772.11 P+ Fe3CⅡ 亚共晶 白口铁 2.11 -4.3 Fe3CⅡ+P +Ld`
主要在连续冷却过 程中进行，相变不 彻底，有A残存在。
第二章金属的凝固与固态相变
2.6焊接接头的相变
2.6.1焊缝缺陷 气孔 非金属夹杂物 裂纹 未焊透 咬边 焊缝金 属化学成分不均匀 柱状晶组织 2.6.2热影响区内的组织变化
0__焊缝 1__熔合区 2__过热区 3__重结晶区 4__部分相变区 5__基体金属
第二章金属的凝固与固态相变
2.3.3含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
1.含碳量对平衡组织的影响
2.含碳量对力学性能的影响
第二章金属的凝固与固态相变
2.含碳量对力学性能的影响
第二章金属的凝固与固态相变
2.3.4Fe-Fe3C相图的应用
1.在选材上的应用 2.在铸造工艺制订上的应用 3.在塑性加工工艺制订上的应用 4.在热处理工艺制订上的应用
板条马氏体
片状马氏体
第二章金属的凝固与固态相变
碳钢含碳量与马氏体硬度的关系
第二章金属的凝固与固态相变
贝氏体组织
上贝氏体
下贝氏体
第二章金属的凝固与固态相变
P、B、M转变的异同点
珠光体转变 转变温度范围 扩散性 高温转变 Ar1~550º C 贝氏体转变 中温转变 550º C~MS 马氏体转变 低温转变 MS~Mf 无扩散
PS .77 0.0218 QFe3C PK 0 6.690.0218 11.3%
2)亚共析钢(Ⅱ)
WC%=0.77%*QP
3)过共析钢(Ⅲ)
第二章金属的凝固与固态相变
钢的显微组织图
第二章金属的凝固与固态相变
2.白口铸铁的平衡结晶过程
共晶白口铁结晶过程示意图
共晶白口铁显微组织示意图
白口铸铁
共晶白 口铁 4.3 Ld` 过共晶 白口铁 4.36.69 Ld`+ Fe3CⅠ
含碳 量/% 平衡 组织
<0.0218 F
0.77 P
1.钢的平衡结晶过程 2.白口铸铁的平衡结晶过程
第二章金属的凝固与固态相变
1.钢的平衡结晶过程
1)共析钢(Ⅰ)
杠杆定律的应用:
SK .690.77 Q PK 66 .690.0218 88.7%
第二章金属的凝固与固态相变
2.5钢在冷却时的转变
2.5.1过冷奥氏体等温转变图 2.5.2过冷奥氏体的连续转变图
2.5.3过冷奥氏体的转变产物及性能
第二章金属的凝固与固态相变
2.5.1过冷奥氏体等温转变图
共析碳钢的C曲线
第二章金属的凝固与固态相变
C曲线的位置和形状的影响因素
1.含碳量的影响 2.合金元素的影响 3.奥氏体化温度和保温时间的影响
α-石英
870º C
1470º C α-鳞石英 α-方石英 163º C β-鳞石英 180~ 270º C β-方石英
573º C β-石英
δ-Fe
1394º C
γ-Fe
912º C
α-Fe
第二章金属的凝固与固态相变
2.2合金的凝固
2.2.1二元合金相图与凝固 1.匀晶相图 匀晶相图的建立 杠杆定律 枝晶偏析 2.共晶相图 3.包晶相图 4其他相图 2.2.2合金的性能与相图的关系 2.2.3铸锭(件)的凝固
C、Fe原子均 C原子扩散 扩散 Fe原子不扩散
组成相
两相：F、 Fe3C
两相：F(C)、Fe3C （>350º C) 或F、FeXC(<350º C)
合金元素不扩散
单相:F(C)
合金元素的分布 合金元素扩 散，重新分 布 相变的完全性 相变可在恒 温下进行到 底
合金元素不扩散
恒温下相变的完全程度 与转变温度有关。温度 越低，转变越不充分， 有A 存在。
第二章金属的凝固与固态相变
思考题
2-1金属结晶的基本规律是什么?晶核的N和G受到哪些因素的影响? 2-2为什么材料一般希望获得细晶粒?细化晶粒的方法有哪些? 2-4已知A(熔点685℃)与B(熔点560℃)二组元在液态时无限互熔;在320℃时,A 溶于B的最大溶解度为31%,室温时为12%,但不溶于A;在320℃,含42%B的液态 合金发生共晶反应.要求: ⑴作出A—B合金相图; ⑵分析含A为25%时合金的结 晶过程. 2-5为什么铸造合金常选用共晶成分合金?而塑性加工的合金常选用单相固溶 体成分的合金? 2-8何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体？它们的结构 、组织形 态性能等各有何特点？ 2--9分析含碳量分别为0.45%、1.0%、3%、4.7%的铁碳合金从液态缓冷至 室温时的结晶过程，并画出室温下的显微组织示意图。 2--10根据铁碳相图计算：⑴室温下含碳0.45%的钢中珠光体和铁素体各占 多少⑵室温下含碳1.0%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少; ⑶铁碳合金中 ,二次渗碳体的最大百分含量。
第二章金属的凝固与固态相变
1.含碳量的影响
第二章金属的凝固与固态相变
2.合金元素的影响
第二章金属的凝固与固态相变
2.5.2过冷奥氏体连续冷却转变曲线
时间
共析钢连续冷却转变图
45钢的CCT图
第二章金属的凝固与固态相变
2.5.3过冷奥氏体的转变产物及性能
A`的转变产物类型:珠光体(P)、马氏体(M)、贝氏体(B) 1.珠光体类型组织 珠光体转变 A F + Fe3C
第二章金属的凝固与固态相变
思考题
2—11某工厂仓库积压了许多碳钢（退火状态），由于钢材混杂，不知道钢 的化学成分，现找出其中一根，经过金相分析后，发现其组织为珠光体 +铁素体， 其中铁素体占80%，问此钢材的含碳量大约是多少？ 2—13以共析碳钢为例，比较其过冷奥氏体在连续冷却和等温冷却时组织转变 规律的不同。 2—14奥氏体的形成过程分哪几个阶段？影响奥氏体形成过程的因素有哪些？ 2—15过冷奥氏体的转变产物有哪几种类型？比较这几种转变类型的异同点。
0.77% 0.0218% 6.69%
面心立方 体心立方 复杂斜方 2.马氏体类型组织 马氏体中固溶碳引起的晶格畸变 马氏体正方度与含碳量的关系 碳钢含碳量与马氏体硬度的关系 3.贝氏体类型组织
第二章金属的凝固与固态相变
马氏体的晶格畸变
第二章金属的凝固与固态相变
马氏体正方度与含碳量的关系
马氏体组织
2.奥氏体形成的影响因素 • 加热温度和加热速度
• 原始组织 • 合金元素
第二章金属的凝固与固态相变
2.4.3奥氏体晶粒的长大及影响因素
•Hell-Petch公式:
s 0 kd
2
1
•奥氏体晶粒尺寸对冷却后 钢的性能粒钢
本质细晶粒钢
加热温度
晶粒尺寸 d
第二章金属的凝固与固态相变
1.晶体的结晶
温 度
固体 液+固
固体 时间 时间
第二章金属的凝固与固态相变
2.非晶体的凝固
第二章金属的凝固与固态相变 1.金属的结晶过程
2.1.2金属的结晶
2.影响形核和长大的因素
过冷度的影响 难熔杂质的影响
3.晶粒大小及控制 晶粒度的概念
ZV 0.9( N / G)3 / 4 Z s 1.1( N / G)1/ 2
第二章金属的凝固与固态相变
2.4钢在加热时的转变
2.4.1钢在实际加热时的转变点 2.4.2奥氏体的形成过程及影响因素 2.4.3奥氏体晶粒的长大及影响因素
第二章金属的凝固与固态相变
2.4.1钢在实际加热时的转变点
第二章金属的凝固与固态相变
2.4.2奥氏体的形成过程及影响因素
1.奥氏体的形成过程
共晶相图
共晶转变Lc αd+βe 冷却曲线及结晶过程
第二章金属的凝固与固态相变
共晶相图中的组织组成物
第二章金属的凝固与固态相变
包晶相图
第二章金属的凝固与固态相变
其他相图
WB/%
Wsi/%
共析相图
镁-硅相图
第二章金属的凝固与固态相变
2.2.2合金的性能与相图的关系
•合金的使用性能与相图的关系
•合金的工艺性能与相图的关系
第二章金属的凝固与固态相变
2.2.3铸锭(件)的凝固
影响铸锭(件)结晶组织的因素 •冷却速度 •加热温度、浇注温度和浇注速度 •外加杂质（或变质处理）
1-表面细晶粒层 2-柱状晶粒层 3-心部等轴晶粒区
第二章金属的凝固与固态相变
2.3铁碳合金平衡态的相变基础
2.3.1 Fe-Fe3C亚稳相图 铁碳合金的相结构与性能 相图分析 2.3.2铁碳合金在平衡状态下的相变 2.3.3含碳量对铁碳合金组织性能的影响 2.3.4 Fe-Fe3C相图的应用