【正文】 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同樣也要遵循形核、長大的規(guī)律，但它是一個固態(tài)下的相變過程，即為固態(tài)相變 在金屬中， 錫、鐵、錳、鈷、鈦 等都存在著同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1. 基本概念 溫度 ℃ 時間 1538℃ 1394℃ 912℃ ?Fe γFe αFe 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 2. 鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 液態(tài)鐵結(jié)晶后是體心立方晶格 ?Fe 在 1394℃ 以下轉(zhuǎn)變成面心立方晶格 γFe 冷卻至 912℃ 時又轉(zhuǎn)變成體心立方晶格 αFe ?Fe γFe αFe 1394℃ 912℃ 正是純鐵具有這種 同素異晶轉(zhuǎn)變 ，因而才能對鋼和鑄鐵進行各種熱處理，以改變其組織和性能 3. 固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點 固態(tài)轉(zhuǎn)變又稱為 二次結(jié)晶或重結(jié)晶 ，它有與結(jié)晶不同的特點： 發(fā)生固態(tài)轉(zhuǎn)變時，形核一般在某些特定部位發(fā)生，如晶界、晶內(nèi)缺陷等 由于固態(tài)下擴散困難，因而固態(tài)轉(zhuǎn)變的過冷傾向大 固態(tài)相變組織通常要比結(jié)晶組織細 固態(tài)轉(zhuǎn)變往往伴隨著體積變化，因而易產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使材料發(fā)生變形或開裂 第二節(jié) 合金的結(jié)晶 2. 二元相圖的基本類型與分析 1. 二元相圖的建立 基本知識 合金的結(jié)晶特點： ，而是在一個 溫度范圍內(nèi) 完成，而純金屬在 恒溫 下完成； 晶體結(jié)構(gòu)的變化 ，還會 伴有化學成分的變化 ，而純金屬僅發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化。 由于在結(jié)晶時釋放出結(jié)晶潛熱 過冷是結(jié)晶的必要條件 結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件 形成晶核 固態(tài)金屬 原子作長程有序規(guī)則排列 金屬結(jié)晶的實質(zhì) :由短程有序的排列的液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變成具有長程有序排列的固態(tài)金屬 在一定條件下短程有序排列的原子團有可能成為 結(jié)晶的核心 液態(tài)金屬冷卻到 T0以下 經(jīng)過一段時間 晶核 固態(tài)金屬原子排列 液態(tài)金屬原子排列 孕育期 液態(tài)金屬 原子作短程有序規(guī)則排列 二、純金屬的結(jié)晶過程 結(jié)晶過程 晶核不斷形成 晶核不斷長大 液體冷卻到T0溫度以下 出現(xiàn)新的晶核 液 體 經(jīng)過一段時間 (稱為孕育期 ) 晶 核 各個方向生長 不斷生核 不斷長大 液體完全消失 一些尺寸極小、原子規(guī)則排列的小晶體 1. 結(jié)晶的基本過程 晶 體 每一個晶核 一個小晶粒 多晶體結(jié)構(gòu) 1）晶核的形成方式 晶核的形成方式 自發(fā)成核 非自發(fā)成核 2. 結(jié)晶后晶粒的大小 晶核可以由近程有序結(jié)構(gòu)液體中規(guī)則排列的原子團形成 由液體中的固態(tài)雜質(zhì)微粒作晶核 注： 在實際結(jié)晶過程中，自發(fā)形核和非自發(fā)形核同時存在，但以非自發(fā)形核方式發(fā)生結(jié)晶更為普遍 2) 晶核的長大方式 晶核的長大方式 樹枝狀長大 均勻長大 主要方式 過冷度很小時 實際金屬結(jié)晶時冷卻速度較大 晶核樹枝狀長大示意圖 3）晶粒大小 表示晶粒大小的一種尺寸 ? 晶粒度 晶粒就是由一個晶核長大的晶體 晶粒大小一般以單位面積的晶粒數(shù)目或以晶粒的平均直徑來表示 標準晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細。材 料 的 凝 固 第三章 金屬材料及熱處理 第三章 材料的凝固 凝固組織與其控制 純金屬的結(jié)晶 合金的結(jié)晶 鐵碳合金相圖 基本概念 凝固與結(jié)晶 凝 固： 指物質(zhì)從液態(tài)經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程； 凝固后的固態(tài)物質(zhì)可以是晶體，也可以是非晶體 結(jié) 晶： 通過凝固形成晶體物質(zhì)的過程 金屬的凝固過程 玻璃的凝固過程 結(jié)晶過程 非晶體凝固過程 金屬從液態(tài)過渡為固體晶態(tài)的轉(zhuǎn)變 一次結(jié)晶 金屬從一種固態(tài)過渡到另一種固體晶態(tài)的過程 二次結(jié)晶 性能發(fā)生突變 逐漸變化 影響凝固狀態(tài)的因素 1. 熔融液體的粘度 粘度 表征液體中發(fā)生相對運動的阻力 粘度越大，表示液體越粘稠 液體層間的內(nèi)摩擦力越大，相對運動也越困難 原子無法遷移排成晶體 形成無規(guī)則的原子排列 金屬材料熔體的 粘度值極小 ，熔點附近原子的遷移能力極強，絕大多數(shù)能凝固為晶體。 2. 熔融液體的冷卻速度 冷卻速度越大 阻止金屬材料中原子的遷移 非晶態(tài)的金屬材料 第一節(jié) 純金屬的結(jié)晶 三、 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 二、純金屬的結(jié)晶過程 一、 結(jié)晶的熱力學條件 一、 結(jié)晶的熱力學條件 熱力學定律：在等壓條件下，一切自發(fā)過程都是朝著系統(tǒng)自由能降低 的方向進行 液 態(tài) 固 態(tài) T0 溫度升高 自由能下降 同一物質(zhì)的液體和晶體在不同溫度下自由能的變化 T0 理論結(jié)晶溫度 低于 T0 高于 T0 物質(zhì)處于晶體狀態(tài)穩(wěn)定 物質(zhì)處于液體穩(wěn)定 液 態(tài) 固 態(tài) T0 液體與晶體的 自由能 溫度曲線 純金屬的冷卻曲線 T0 冷卻曲線： 測定液體金屬冷卻時溫度和時間的變化關(guān) 系作出的曲線 純金屬的冷卻曲線 T0 理論結(jié)晶溫度（ 熔點 ） 結(jié)晶時的過冷現(xiàn)象 金屬的實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象 實際結(jié)晶溫度 T T T0 過冷度△ T T0－ T 注：對 于某種金屬來說，過冷度不是恒定值，它的大小與冷卻速度有關(guān)， 冷卻速度越大，過冷度也越大 ，則金屬的實際結(jié)晶溫度越低。 鋼的晶粒度示意圖（ 100 X ） 2級 1級 8級 7級 6級 5級 4級 3級 晶粒越細，常溫下的力學性能越好 晶粒直徑 抗拉強度 屈服強度 伸長率 180MPa 38MPa % 278MPa 116MPa 50% 對于在高溫下工作的金屬材料，晶粒應(yīng)粗一些。 合金系：兩個或兩個以上的組元按不同比例下配制成 的一系列不同成分的合金的總稱 合 金：是兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與 非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì) 組元： 組成合金的最簡單、最基本且能獨立存在的物質(zhì)；在大多數(shù)的情況下就是組成元素。 相 圖： 反映在 平衡條件 下各成分合金的結(jié)晶過程以及相和組織存在范圍與變化規(guī)律的簡明示意圖 狀態(tài)圖： 相圖可以反映材料在不同條件下的狀態(tài) 平衡圖： 相圖是通過材料在極其緩冷的條件下所測得的試驗數(shù)據(jù)建立的，反映各相平衡狀態(tài)的關(guān)系 相 圖 狀態(tài)圖 平衡圖 緩慢冷卻條件下 1. 二元相圖的建立 Cu— Ni二元合金系為例，說明二元相圖的建立過程 1）配制出不同成分的合金 測出它們的冷卻曲線 找出各曲線上的臨界點 溫度℃ 時間 100%Cu 20%Ni 80%Ni 60%Ni 40%Ni 100%Ni CuNi合金的冷卻曲線 結(jié)晶的開始溫度和終了溫度 2） 在溫度 成分坐標系中過合金成分點作成分垂線 將臨界點標在成分線上 將成分垂線上相同意義的點連接起來，標上相應(yīng)的數(shù)字和字母 CuNi合金的二元相圖 溫度 時間 L α Cu Ni 20% 80% 60% 40% Ni% 100%Cu 20%Ni 80%Ni 60%Ni 40%Ni 100%Ni CuNi合金的冷卻曲線 CuNi合金相圖 液相線： 結(jié)晶開始點的連線 固相線 ： 結(jié)晶終了點的連線 在溫度 成分坐標系中過合金成分點作成分垂線 將臨界點標在成分線上 將成分垂線上相同意義的點連接起來，標上相應(yīng)的數(shù)字和字母 L+α 溫度 2. 二元相圖的