第3章金屬與合金的結(jié)晶

1、第三章金屬與合金的結(jié)晶第三章金屬與合金的結(jié)晶結(jié)晶過程金屬與合金自液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，原子由不規(guī)則排列的液體狀態(tài)逐步過渡到原子作規(guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程。 金屬材料結(jié)晶時(shí)形成的組織（鑄態(tài)組織）不僅影響其鑄態(tài)性能，而且也影響隨后經(jīng)過一系列加工后材料的性能。研究并控制金屬材料的結(jié)晶過程，對(duì)改研究并控制金屬材料的結(jié)晶過程，對(duì)改善金屬材料的組織和性能有重要意義！善金屬材料的組織和性能有重要意義！第一節(jié)純金屬的結(jié)晶一、純金屬的冷卻曲線一、純金屬的冷卻曲線和過冷現(xiàn)象和過冷現(xiàn)象研究液態(tài)金屬結(jié)晶熱分析法電爐坩堝液態(tài)金屬熱電偶冷卻曲線平臺(tái)金屬在結(jié)晶過程中，釋放的結(jié)晶潛熱補(bǔ)償了散失的熱量，使溫度不隨冷卻時(shí)間的增長(zhǎng)而

2、下降，直至結(jié)晶終了，沒有結(jié)晶潛熱補(bǔ)償散失的熱量，溫度又重新下降。開始結(jié)晶溫度Tn純金屬液體在無限緩慢的冷卻條件下（即平衡條件下）結(jié)晶的溫度n金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度Tn低于理論結(jié)晶溫度T0的現(xiàn)象。過冷度過冷度T理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差。nTTT0過冷度金屬總是在一定的過冷度下結(jié)晶的，過冷是結(jié)晶的必要條件。理論結(jié)晶溫度T0T0理論結(jié)晶溫度Tn開始結(jié)晶溫度同一金屬，結(jié)晶時(shí)冷卻速度越大，過冷度越大，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低。二、純金屬的結(jié)晶過程二、純金屬的結(jié)晶過程不斷形成晶核晶核不斷長(zhǎng)大純金屬結(jié)晶的條件純金屬結(jié)晶的條件F TTFF固固F液液F= F固固F液液0 結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力 自然界的自發(fā)結(jié)晶過

3、程進(jìn)行的自然界的自發(fā)結(jié)晶過程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是熱力學(xué)條件都是F0只有當(dāng)液體的過冷度只有當(dāng)液體的過冷度T達(dá)到一定的大小，使結(jié)晶的動(dòng)力達(dá)到一定的大小，使結(jié)晶的動(dòng)力F大于建立界面所需要的表面能時(shí)，結(jié)晶過程才能開始進(jìn)行。大于建立界面所需要的表面能時(shí)，結(jié)晶過程才能開始進(jìn)行。自由能自由能溫度溫度純金屬的結(jié)晶過程 形核： 液態(tài)金屬中，總是存在著許多類似于晶體中原子有規(guī)則排列的小集團(tuán)。在理論結(jié)晶溫度以上，這些小集團(tuán)是不穩(wěn)定的，時(shí)聚時(shí)散，此起彼伏。當(dāng)?shù)陀诶碚摻Y(jié)晶溫度時(shí)，這些小集團(tuán)中的一部分就成為穩(wěn)定的結(jié)晶核心，稱為晶核。 晶體長(zhǎng)大： 液態(tài)金屬中，原子不斷遷移到晶核表面，使液-固界面不斷向液體中推移的過程，就是

4、晶體長(zhǎng)大。 原晶核長(zhǎng)大、新晶核產(chǎn)生并長(zhǎng)大： 隨著時(shí)間的推移，已形成的晶核不斷長(zhǎng)大，同時(shí)，液態(tài)金屬中又不斷地產(chǎn)生新的晶核并不斷長(zhǎng)大，直至液態(tài)金屬全部消失，晶體彼此相互接觸為止。一般純金屬是由許多晶核長(zhǎng)成的外形不規(guī)則的晶粒和晶界所組成的多晶體（圖2-19，P32）。形核規(guī)律：兩種形核方式兩種形核方式 均質(zhì)形核均質(zhì)形核與與非均質(zhì)形核非均質(zhì)形核均質(zhì)形核均質(zhì)形核 由液體金屬內(nèi)部原子聚集尺寸超過臨界晶核尺寸后形成的結(jié)晶核心。非均質(zhì)形核非均質(zhì)形核 依附于外來雜質(zhì)上生成的晶核。晶體長(zhǎng)大方式 根據(jù)晶體的界面性質(zhì)及界面溫度分布，對(duì)純金屬其長(zhǎng)大方式主要有兩種：平面長(zhǎng)大 晶體始終保持平的表面向前長(zhǎng)大，并保持規(guī)則的幾何

5、外形。枝晶長(zhǎng)大 晶體像樹枝那樣向前長(zhǎng)大，不斷分支發(fā)展。晶體是以平面方式長(zhǎng)大還是以枝晶方式長(zhǎng)大，主要取決于液固界面前沿液體中的溫度梯度液固界面前沿液體中的溫度梯度。 1正的溫度梯度(Positive temperature gradient) 2負(fù)的溫度梯度(Negative temperature gradient) 如，圖2-19 純鐵的顯微組織純鐵的顯微組織， P32如，圖3-6 銻錠表面的樹枝狀晶體銻錠表面的樹枝狀晶體， P32樹枝狀晶體生長(zhǎng)示意圖樹枝狀晶體生長(zhǎng)示意圖 可以用單位體積內(nèi)晶粒的數(shù)目來表示。單位體積內(nèi)，晶粒數(shù)目越多，則晶粒越小。為了測(cè)量方便，金屬晶粒的大小常以單位截面積上晶粒

6、數(shù)目或晶粒的平均直徑來表示。三、金屬結(jié)晶后的晶粒大小三、金屬結(jié)晶后的晶粒大小金屬晶粒大?。ňЯ６龋┑谋硎痉椒ń饘倬Я４笮。ňЯ６龋┑谋硎痉椒?晶粒大小對(duì)金屬的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能均有很大的影響。金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等都金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等都隨晶粒的細(xì)化而提高。隨晶粒的細(xì)化而提高。 形核率形核率N單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中所產(chǎn)生的晶核數(shù)目。 晶核的長(zhǎng)大速率晶核的長(zhǎng)大速率G單位時(shí)間內(nèi)晶核向周圍長(zhǎng)大的平均線速度。晶粒大小的影響因素晶粒大小的影響因素 晶粒的大小取決于形核率 N和長(zhǎng)大速度G的相對(duì)大小 ，根據(jù)分析計(jì)算，單位體積中的晶粒數(shù)目Zv ：439 . 0GNZV單位面積中的晶

7、粒數(shù)目Zs為： 211 . 1GNZS顯然，顯然，N/G越大，則越大，則Zv、Zs越大，晶粒越大，晶粒越細(xì)。即：凡能促進(jìn)形核，抑制長(zhǎng)大的因越細(xì)。即：凡能促進(jìn)形核，抑制長(zhǎng)大的因素，都能細(xì)化晶粒。素，都能細(xì)化晶粒。細(xì)化晶粒的方法：細(xì)化晶粒的方法：增加過冷增加過冷度度此法僅對(duì)小型或薄壁件小型或薄壁件有效，對(duì)較大的厚壁鑄件不易獲得大的過冷度，整個(gè)體積不易實(shí)現(xiàn)均勻冷卻，而且冷卻速度過大，往往導(dǎo)致鑄件開裂而報(bào)廢；形狀復(fù)雜的件也不適用。為此，工業(yè)上還常常采用其他的處理方法。過冷度過冷度T提高，提高，N提高、提高、G提高提高過冷過冷T太高，太高，N降低、降低、G降低降低變質(zhì)處理變質(zhì)處理 在液態(tài)金屬結(jié)晶前，加入

8、一些細(xì)小的變質(zhì)劑在液態(tài)金屬結(jié)晶前，加入一些細(xì)小的變質(zhì)劑(孕育孕育劑劑) ，使結(jié)晶時(shí)的形核率，使結(jié)晶時(shí)的形核率N增加，或長(zhǎng)大率增加，或長(zhǎng)大率G降低。這降低。這種細(xì)化晶粒的方法稱為種細(xì)化晶粒的方法稱為變質(zhì)處理變質(zhì)處理。附加振動(dòng)附加振動(dòng)如鑄鐵熔液中加入硅鐵、硅鈣合金；鋁硅合金的熔液中如鑄鐵熔液中加入硅鐵、硅鈣合金；鋁硅合金的熔液中加入鈉鹽等，促進(jìn)形成大量的非均勻形核來細(xì)化晶粒。加入鈉鹽等，促進(jìn)形成大量的非均勻形核來細(xì)化晶粒。此法用于大型鑄件。此法用于大型鑄件。通過對(duì)液態(tài)金屬附加機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、電磁振動(dòng)、加壓澆注等措施，使液態(tài)金屬在鑄模中運(yùn)動(dòng)，造成枝晶破碎，不僅可使已生成的晶粒因?yàn)槠扑槎?xì)化，并

9、且破碎的枝晶尖端又可起晶核作用，增加了形核率，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。（用于非常復(fù)雜的鑄件） 四、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變四、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 少部分金屬在結(jié)晶終了后，晶體結(jié)構(gòu)還會(huì)發(fā)生變化，少部分金屬在結(jié)晶終了后，晶體結(jié)構(gòu)還會(huì)發(fā)生變化，即在固態(tài)下，隨著所處溫度的不同而具有不同的晶格形式。即在固態(tài)下，隨著所處溫度的不同而具有不同的晶格形式。FeFe和面心立方晶格的鐵有體心立方晶格的CoCo和面心立方晶格的鈷有密排六方晶格的金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得到的不同晶格的晶體，稱為同素異構(gòu)體同素異構(gòu)體。在常溫下的同素異構(gòu)體一般用希

10、臘字母 表示，較高溫度下的同素異構(gòu)體依次用 等表示。、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程實(shí)質(zhì)是一個(gè)重結(jié)晶過程，同樣遵循著結(jié)晶的一般規(guī)律：有一定的轉(zhuǎn)變溫度有一定的轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變時(shí)需要過冷轉(zhuǎn)變時(shí)需要過冷有潛熱產(chǎn)生有潛熱產(chǎn)生轉(zhuǎn)變過程由晶核的形成和晶核的長(zhǎng)大來完成轉(zhuǎn)變過程由晶核的形成和晶核的長(zhǎng)大來完成由于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下發(fā)生的，其原子擴(kuò)散要比液態(tài)下困難得多，這使同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變需要較大的過冷度。另外，由于轉(zhuǎn)變時(shí)晶體結(jié)構(gòu)的致密度改變，則將引起晶體體積的變化，并產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。-Fe(bcc) -Fe(fcc) a-Fe(bcc) 13949121

11、3941538912-Fe-Fe(fcc）a-FeT時(shí)間時(shí)間770居里點(diǎn)居里點(diǎn)純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變-Fe(fcc) a-Fe(bcc)致密度由致密度由0.74變?yōu)樽優(yōu)?.68，鐵的體積會(huì)膨脹鐵的體積會(huì)膨脹1。由于純鐵能夠發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)中對(duì)鋼和鑄鐵進(jìn)行各種熱處理，可以改變其組織和性能。770時(shí)，冷卻曲線上的平臺(tái)的溫度，鐵沒有發(fā)生晶格變化，不屬于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。770時(shí)的轉(zhuǎn)變稱為磁性轉(zhuǎn)變?cè)?70以上，純鐵將失去鐵磁性；在770以下，鐵具有鐵磁性。五、鋼錠的組織和缺陷五、鋼錠的組織和缺陷 鎮(zhèn)靜鋼錠鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵、鋁進(jìn)行充分脫氧，注入錠模后鋼液不發(fā)生碳-氧反應(yīng)而處于鎮(zhèn)靜

12、狀態(tài)。以此鑄成的鋼錠稱為鎮(zhèn)靜鋼錠。 沸騰鋼在冶煉后期將鋼液用少量錳鐵進(jìn)行輕度脫氧，鋼液氧含量較高，注入錠模后發(fā)生碳-氧反應(yīng)，析出大量CO氣體，引起鋼液沸騰。以此鑄成的鋼錠稱為沸騰鋼。按澆注前鋼液脫氧程度不同，鋼錠分為鎮(zhèn)靜鋼錠、沸騰鋼錠和介于兩者之間的半鎮(zhèn)靜鋼錠三類。半鎮(zhèn)靜鋼介于鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼之間。鎮(zhèn)靜鋼錠宏觀組織示意圖1-表面細(xì)晶粒區(qū)2-柱狀晶區(qū)3-中心等軸晶區(qū)鋼液注入錠模后，模壁溫度較低，和錠模接觸的鋼液冷卻速度快，過冷度大，形成大量晶核，模壁起人工晶核的作用，形成細(xì)晶粒區(qū)。表層細(xì)晶粒區(qū)形成后，隨著模壁溫度升高，鋼液冷卻速度有所降低。但垂直模壁方向向外散熱的速度最快，晶粒沿著與散熱方向相反的

13、方向優(yōu)先長(zhǎng)大而形成柱狀晶區(qū)。柱狀晶長(zhǎng)到一定程度，模錠中心的鋼錠遠(yuǎn)離模壁，冷卻速度變小，過冷度小，晶核少，散熱的方向性不明顯，形成粗大的等軸晶粒區(qū)。鎮(zhèn)靜鋼的組織鎮(zhèn)靜鋼的組織表面細(xì)晶粒區(qū)表面細(xì)晶粒區(qū)柱狀晶區(qū)柱狀晶區(qū)等軸晶區(qū)等軸晶區(qū) 鋼錠的組織不均勻，必然導(dǎo)致其性能不均勻。為改善這種不均勻性，可在澆注過程中進(jìn)行變質(zhì)處理，加入變質(zhì)劑作為人工晶核或采取振動(dòng)、攪拌等措施，使整個(gè)鑄錠（或鑄件）全部由均勻細(xì)晶粒組成。 例如，鋁合金和鑄鐵澆注時(shí)常采用變質(zhì)處理措施鋁合金和鑄鐵澆注時(shí)常采用變質(zhì)處理措施獲得細(xì)晶粒組織，以提高鑄件強(qiáng)度、塑性和韌性；如果在澆注在澆注過程中采取定向散熱措施過程中采取定向散熱措施，可以使整個(gè)

14、鑄錠（或鑄件）均由柱狀晶組成，例如高溫合金鑄造渦輪葉片時(shí)采用定向凝固方法，使整個(gè)葉片由平行于其長(zhǎng)度方向的柱狀晶組成，提高了葉片的蠕變抗力。鎮(zhèn)靜鋼錠的缺陷縮孔和疏松、氣泡、偏析縮孔氣泡疏松 縮孔和疏松是鋼錠結(jié)晶時(shí)體積收縮引起的，集中的體積收縮稱縮孔縮孔，分散的體積收縮稱疏松疏松?？s孔必須完全切除，疏松可在鍛造或軋制過程中焊合，危害較縮孔小。鋼液凝固時(shí)產(chǎn)生的氣體來不及從鑄錠中逸出保留在鋼內(nèi)。氣泡偏析鋼錠先后結(jié)晶的部位化學(xué)成分不同。鋼錠上部雜質(zhì)元素如S、P等含量高，夾雜物較多；中部雜質(zhì)少，成分均勻；下部高熔點(diǎn)氧化物可SiO2、SiO2FeO等。嚴(yán)重的硫偏析使鋼材在軋制過程中產(chǎn)生熱脆而報(bào)廢。嚴(yán)重的硫偏

15、析使鋼材在軋制過程中產(chǎn)生熱脆而報(bào)廢。嚴(yán)重的磷偏析引起冷脆，使零件工作時(shí)發(fā)生早期脆性嚴(yán)重的磷偏析引起冷脆，使零件工作時(shí)發(fā)生早期脆性斷裂。斷裂。區(qū)域偏析能引起零件失效。區(qū)域偏析能引起零件失效。偏析的后果：鑄錠組織鑄錠組織表面細(xì)晶粒層表面細(xì)晶粒層中間柱狀晶粒層中間柱狀晶粒層中心等軸晶粒層中心等軸晶粒層鑄錠（或鑄件）的晶粒粗大，成分不均勻，存在疏松和氣泡，因而其強(qiáng)度和塑性、韌性較低。若通過壓力加工（鍛造或軋制）可以顯著提高材料的力學(xué)性能。六、壓力加工改善鋼的性能 除了不能進(jìn)行壓力加工的材料，如鑄鐵、鑄造鋁合金、鑄造銅合金等采用鑄造成形之外，大多數(shù)的鋼制零件都用軋制鋼材或鍛造毛坯制成，利用壓力加工改善鋼

16、的性能。 工業(yè)生產(chǎn)上將鋼錠鍛造、擠壓、軋制、拉拔成各種型鋼、鋼板、鋼管或者鋼絲等規(guī)定尺寸和形狀的零件和產(chǎn)品。塑性變形過程中材料內(nèi)部的晶格畸變，晶粒破碎，晶體缺塑性變形過程中材料內(nèi)部的晶格畸變，晶粒破碎，晶體缺陷特別是位錯(cuò)密度增加，會(huì)使晶體的性能發(fā)生明顯的變化。陷特別是位錯(cuò)密度增加，會(huì)使晶體的性能發(fā)生明顯的變化。1、冷變形對(duì)鋼組織和性能的影響、冷變形對(duì)鋼組織和性能的影響材料：工業(yè)純鐵狀態(tài)：壓縮變形30%侵蝕：4%硝酸酒精倍數(shù)：250X滑滑移移帶帶塑性變形中的組織變化75變形變形細(xì)條狀纖維細(xì)條狀纖維組織組織50變形變形拉長(zhǎng)或壓拉長(zhǎng)或壓扁的晶粒扁的晶粒25變形變形滑移線滑移線未變形未變形原始晶粒原始

17、晶粒（1）隨著應(yīng)變量的增加，晶粒被拉長(zhǎng)或者壓扁，呈）隨著應(yīng)變量的增加，晶粒被拉長(zhǎng)或者壓扁，呈細(xì)條狀或者纖維狀；細(xì)條狀或者纖維狀；（2）晶粒破碎，晶格扭曲，位錯(cuò)密度急劇增加。）晶粒破碎，晶格扭曲，位錯(cuò)密度急劇增加。晶粒被拉長(zhǎng)或者壓扁細(xì)條狀纖維組織等軸晶粒變形度增加 強(qiáng)度、硬度增加 塑性、韌性降低力學(xué)性能力學(xué)性能冷塑性變形導(dǎo)致金屬材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性降低的現(xiàn)象稱為加工硬化或形變強(qiáng)化。物理性能物理性能電阻增加抗腐蝕性能降低抗腐蝕性能降低 70冷軋變形后，純鐵及低碳鋼的b可提高400500MPa； 80冷變形后，細(xì)片狀P的wC1.0%高碳鋼b可提高11001200MPa； 90冷拔變形后，

18、細(xì)片狀P的wC1.0%高碳鋼絲b可達(dá)3000MPa。 “加工硬化加工硬化”是強(qiáng)化金屬材料的一種手段，尤是強(qiáng)化金屬材料的一種手段，尤其是對(duì)那些不能用熱處理方法強(qiáng)化的金屬。其是對(duì)那些不能用熱處理方法強(qiáng)化的金屬。 加工硬化是各種冷變形成型得以進(jìn)行的原因。加工硬化是各種冷變形成型得以進(jìn)行的原因。 加工硬化使零件在偶然超載時(shí)，不會(huì)突然斷裂。加工硬化使零件在偶然超載時(shí)，不會(huì)突然斷裂。加工硬化的工程意義鋼絲被拉拔的一端因塑性變形強(qiáng)度升高，不再繼續(xù)變形；而未經(jīng)變形的粗端強(qiáng)度低，可通過拔絲模繼續(xù)變形，從而獲得粗細(xì)均勻的鋼絲。當(dāng)當(dāng)變形量很大時(shí)，原來位向不同的晶粒因滑變形量很大時(shí)，原來位向不同的晶粒因滑移產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)

19、，將取得接近一致的結(jié)構(gòu)稱移產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)，將取得接近一致的結(jié)構(gòu)稱變變形織構(gòu)形織構(gòu)，又稱，又稱擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向?？棙?gòu)引起各向異性變形織構(gòu)的各相異性是明顯的。其不均變形織構(gòu)的各相異性是明顯的。其不均勻的塑性變形會(huì)使薄板沖壓產(chǎn)生勻的塑性變形會(huì)使薄板沖壓產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。殘余應(yīng)力使零件尺寸不穩(wěn)定，殘余壓應(yīng)力殘余應(yīng)力使零件尺寸不穩(wěn)定，殘余壓應(yīng)力可提高疲勞強(qiáng)度，殘余拉應(yīng)力降低耐腐蝕性能。可提高疲勞強(qiáng)度，殘余拉應(yīng)力降低耐腐蝕性能。 在塑性變形的金屬中，由于各部分變?cè)谒苄宰冃蔚慕饘僦?，由于各部分變形的不均勻性，將造成變形?nèi)應(yīng)力，又稱形的不均勻性，將造成變形內(nèi)應(yīng)力，又稱殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力。包括：。包括：宏觀

20、殘余應(yīng)力宏觀殘余應(yīng)力 （體積范圍內(nèi)平衡）（體積范圍內(nèi)平衡）顯微殘余應(yīng)力顯微殘余應(yīng)力 （晶粒間平衡）（晶粒間平衡）晶格畸變應(yīng)力晶格畸變應(yīng)力 ( (在幾百到幾千個(gè)原子內(nèi)平在幾百到幾千個(gè)原子內(nèi)平衡，占?xì)堄鄳?yīng)力的衡，占?xì)堄鄳?yīng)力的90%,90%,是金屬變形強(qiáng)化的是金屬變形強(qiáng)化的主要原因）主要原因）2、 冷變形鋼在加熱過程中組織和性能的變化冷變形鋼在加熱過程中組織和性能的變化 冷變形導(dǎo)致晶格畸變、晶粒破碎被拉長(zhǎng)或壓扁、缺陷增多、內(nèi)應(yīng)力升高，處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，有自發(fā)恢復(fù)到變形前的穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)； 低溫下，原子的活動(dòng)能力弱，這種趨勢(shì)無法完成； 加熱可提高原子活動(dòng)能力，從而會(huì)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大。回復(fù)

21、、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大Q235經(jīng)經(jīng)60冷變形后加熱冷變形后加熱30min時(shí)的組織變化時(shí)的組織變化300600900黃銅的冷變形回復(fù)再結(jié)晶長(zhǎng)大黃銅的冷變形回復(fù)再結(jié)晶長(zhǎng)大黃銅黃銅冷變形冷變形33%形核形核 3s 580部分結(jié)晶部分結(jié)晶5s 580完全結(jié)晶完全結(jié)晶8s 580晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大15min 580晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大10min 7001）回復(fù)）回復(fù) 加熱溫度不高，不引起顯微組織的變化；加熱溫度不高，不引起顯微組織的變化； 原子排列畸變程度減輕，空位劇烈減少，電阻明顯降低電阻明顯降低； 強(qiáng)度、硬度略有降低，內(nèi)應(yīng)力明顯下降。強(qiáng)度、硬度略有降低，內(nèi)應(yīng)力明顯下降?；旧媳３旨庸び不Ч换旧媳３旨庸び?/p>

22、化效果；工程應(yīng)用 降低內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸； 提高導(dǎo)電性； 防止SCC焊接應(yīng)力破壞。此階段稱為“去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火” 加熱溫度較高；加熱溫度較高； 組織恢復(fù)為細(xì)小的等軸晶粒；組織恢復(fù)為細(xì)小的等軸晶粒； 內(nèi)應(yīng)力完全消失；內(nèi)應(yīng)力完全消失； 加工硬化效果消除，材料的塑性變形能力加工硬化效果消除，材料的塑性變形能力恢復(fù)；恢復(fù)； 性能：強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌性恢復(fù)。性能：強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌性恢復(fù)。2）再結(jié)晶）再結(jié)晶此階段又稱此階段又稱再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火。再結(jié)晶是一個(gè)再結(jié)晶形核和長(zhǎng)大的再結(jié)晶是一個(gè)再結(jié)晶形核和長(zhǎng)大的過程。過程。再結(jié)晶的晶核實(shí)際上是再結(jié)晶的晶核實(shí)際上是“現(xiàn)成的現(xiàn)成的”，它存在于

23、畸變能較大的區(qū)域。它存在于畸變能較大的區(qū)域。工程應(yīng)用再結(jié)晶退火主要用于金屬冷加工工藝再結(jié)晶退火主要用于金屬冷加工工藝過程中，使冷壓力加工得以進(jìn)一步進(jìn)行。過程中，使冷壓力加工得以進(jìn)一步進(jìn)行。 冷拔鋼絲不是一次從圓鋼冷拔而成的，要經(jīng)過多次的拔絲過程，使鋼絲直徑逐漸減小至所要求的尺寸； 在冷拔變形過程中，材料的強(qiáng)度提高，b和s都提高； s /b提高，冷變形無法繼續(xù)進(jìn)行； 在冷拔過程中要進(jìn)行中間再結(jié)晶退火處理。冷拔鋼絲工藝如：汽車輪胎鋼簾線的生產(chǎn)過程中要進(jìn)行多次再結(jié)晶退火處理，把5mm的鋼絲最終拉拔成0.10.2mm；再結(jié)晶退火是該工藝的關(guān)鍵技術(shù)。在結(jié)晶結(jié)束后，加熱溫度繼續(xù)升高或者延長(zhǎng)時(shí)間，在結(jié)晶結(jié)束

24、后，加熱溫度繼續(xù)升高或者延長(zhǎng)時(shí)間，晶粒會(huì)長(zhǎng)大。帶來的后果是強(qiáng)度、塑性韌性下降。晶粒會(huì)長(zhǎng)大。帶來的后果是強(qiáng)度、塑性韌性下降。3）晶粒長(zhǎng)大）晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大實(shí)質(zhì)上是一個(gè)晶粒的邊界向另一個(gè)晶粒中遷移， 使這個(gè)晶粒的晶格位向逐步改變?yōu)榕c其相同的位向。即這個(gè)晶粒被逐步“吞并”，合成一個(gè)大晶粒。3、影響再結(jié)晶晶粒大小的因素、影響再結(jié)晶晶粒大小的因素 變形度、加熱溫度、加熱時(shí)間、成分、雜質(zhì)、原始晶粒度等。變形度變形度臨界變形度臨界變形度 金屬冷變形后再結(jié)晶時(shí)晶粒極易長(zhǎng)得粗大，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變度，稱為臨界變形度。 金屬材料的臨界變形度一般為（2%10）。 大于臨界變形度，變形度越大，退火后晶大于臨界變形

25、度，變形度越大，退火后晶粒尺寸越??；粒尺寸越??； 冷加工都要避開臨界變形度，避免組織粗冷加工都要避開臨界變形度，避免組織粗大。強(qiáng)調(diào)！大。強(qiáng)調(diào)！退火溫度退火溫度 溫度過低，不發(fā)生再結(jié)晶；溫度過低，不發(fā)生再結(jié)晶； 溫度過高，再結(jié)晶晶粒會(huì)長(zhǎng)大；溫度過高，再結(jié)晶晶粒會(huì)長(zhǎng)大； 溫度適當(dāng)溫度適當(dāng)T再再 = 0.4Tm （K）T退退T再再1502504、熱壓力加工對(duì)鋼組織和性能的影響、熱壓力加工對(duì)鋼組織和性能的影響 再結(jié)晶溫度是冷熱加工的分界線； 鋼在500 W在1000 Sn在室溫?zé)峒庸?？冷加工？鐵：鐵：T再再600W：T再再1200Sn：T再再-7冷、熱加工的定義 鋼的熱加工是在單相奧氏體區(qū)進(jìn)行的，此時(shí)

26、，材料的塑性好； 奧氏體經(jīng)歷加工硬化和再結(jié)晶軟化兩個(gè)過程； 熱加工的變形度、變形溫度和時(shí)間及冷卻速度決定了加工后的奧氏體晶粒大小，稱之為熱加工工藝參數(shù)； 鋼中加入微量V、Nb等元素，可在奧氏體晶界上形成細(xì)小彌散的C、N化物，阻礙晶界的遷移和晶粒長(zhǎng)大，從而獲得細(xì)小的奧氏體晶粒； 熱加工可消除鋼錠中的一些缺陷，打碎粗大的柱狀晶，從而提高鋼的性能； 組織呈“流線”型分布，縱向性能高于橫向。第二節(jié) 合金的結(jié)晶與相圖 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)當(dāng)一定成分的合金在一定溫度下停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使所存在的各相達(dá)到幾乎互不轉(zhuǎn)化的狀態(tài)時(shí)，可以認(rèn)為各相處于平衡狀態(tài)。，這時(shí)的相稱為平衡相。 合金相圖合金相圖 又稱合金平衡圖或合

27、金狀態(tài)圖，它表示在平衡狀態(tài)下，合金的組成相（或組織狀態(tài)）和溫度、成分之間關(guān)系的圖解。 應(yīng)用合金相圖可以了解合金系中不同成分合金在不同溫度時(shí)的組成相（或組織狀態(tài)）、相的成分和相的相對(duì)量以及合金緩慢加熱和冷卻過程中的相變規(guī)律。一一.基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 在生產(chǎn)實(shí)踐中，合金相圖可以作為制定冶煉、在生產(chǎn)實(shí)踐中，合金相圖可以作為制定冶煉、鑄造、鍛壓、焊接、熱處理工藝的重要依據(jù)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理工藝的重要依據(jù)。相圖是研究合金的組織形成和變化規(guī)律的有用工具。相圖的用途相圖的用途 由材料的成分和溫度預(yù)知平衡相；由材料的成分和溫度預(yù)知平衡相； 材料的成分一定而溫度發(fā)生變化時(shí)其他平材料的成分一定而溫度發(fā)生變化

28、時(shí)其他平衡相變化的規(guī)律；衡相變化的規(guī)律； 估算平衡相的數(shù)量。估算平衡相的數(shù)量。 預(yù)測(cè)材料的組織和性能預(yù)測(cè)材料的組織和性能 純金屬的相圖可以用一條溫度縱坐標(biāo)軸表示，冷卻曲線上的結(jié)晶溫度在溫度坐標(biāo)軸上的投影，即該金屬的相變溫度相變溫度（稱為相變點(diǎn)相變點(diǎn)）。1 1、純物質(zhì)的相圖、純物質(zhì)的相圖 時(shí)間溫度/10831固相液相純銅的冷卻曲線及相圖1點(diǎn)以上表示純銅處于液相；1點(diǎn)以下表示純銅處于固相。1點(diǎn)為純銅的相變點(diǎn)。成分溫度表象點(diǎn)2、二元合金相圖、二元合金相圖二元合金組成相的變化不僅與溫度有關(guān)，而且還與合金成分有關(guān)。所以，在純金屬溫度縱坐標(biāo)軸表示的相圖基礎(chǔ)上，還應(yīng)該增加一個(gè)表示合金成分的橫坐標(biāo)軸，從而構(gòu)成

29、一個(gè)平面坐標(biāo)系。 圖上縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示合金成分。橫坐標(biāo)從左到右表圖上縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示合金成分。橫坐標(biāo)從左到右表示合金成分示合金成分wNiNi由由0 0到到100%100%的變化。橫坐標(biāo)上任何一點(diǎn)都代表一種的變化。橫坐標(biāo)上任何一點(diǎn)都代表一種成分的合金。通過成分坐標(biāo)上的任一點(diǎn)作的垂線稱為合金線，合成分的合金。通過成分坐標(biāo)上的任一點(diǎn)作的垂線稱為合金線，合金線上不同的點(diǎn)表示該成分合金在某一溫度下的相組成。金線上不同的點(diǎn)表示該成分合金在某一溫度下的相組成。相圖上任意一點(diǎn)都代表某一成分的合金在相圖上任意一點(diǎn)都代表某一成分的合金在某一溫度時(shí)的相組成（或顯微組織）。某一溫度時(shí)的相組成（或顯

30、微組織）。3、二元合金相圖的測(cè)定方法、二元合金相圖的測(cè)定方法 配制合金（以Cu-Ni合金為例） 測(cè)定冷卻曲線 確定冷卻曲線上合金的臨界點(diǎn) 將同類臨界點(diǎn)在溫度-成分坐標(biāo)系中連接起來即可得到合金相圖1）配制一系列成分不同的Cu-Ni合金；2）用熱分析法測(cè)出所配制的各合金的冷卻曲線，如左圖所示3）找出圖中各冷卻曲線上的相變點(diǎn)。4）將各個(gè)合金的相變點(diǎn)分別標(biāo)注在溫度-成分坐標(biāo)圖中相應(yīng)的合金線上。5）連接各相同意義的相變點(diǎn)，所得的線稱為相界線相界線（包括上邊的液相液相線線和下邊的固相線固相線）。熱熱分分析析法法建建立立Cu-Ni相相圖圖根據(jù)Cu-Ni合金系的冷卻曲線，純銅及純鎳的冷卻曲線都有一個(gè)平臺(tái)，這說

31、明純金屬的結(jié)晶過程是在恒溫下進(jìn)行的，故只有一個(gè)相變點(diǎn)；其他四個(gè)合金的冷卻曲線均不出現(xiàn)平臺(tái)，但有兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這表明四種合金都是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的。溫度較高的相變點(diǎn)表示開始結(jié)晶溫度，稱為上相變點(diǎn)上相變點(diǎn)；溫度較低的相變點(diǎn)表示結(jié)晶終了溫度，稱為下相變點(diǎn)下相變點(diǎn)。液相線以上為液相區(qū)液相區(qū)，用 表示；固相線以下為固相區(qū)固相區(qū)，用 表示；中間固液兩相共存區(qū)，用 表示。 L+ LCuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 純銅純銅熔點(diǎn)熔點(diǎn)純鎳純鎳熔點(diǎn)熔點(diǎn)液相線液相線固相線固相線液相區(qū)液相區(qū)固相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)液固兩相區(qū) 通過以上測(cè)

32、定相圖的方法可知，配制的合金數(shù)目通過以上測(cè)定相圖的方法可知，配制的合金數(shù)目越多，所用的金屬純度越高，熱分析時(shí)冷卻速度越多，所用的金屬純度越高，熱分析時(shí)冷卻速度越緩慢，則所測(cè)定的合金相圖就越精確。越緩慢，則所測(cè)定的合金相圖就越精確。由相圖確定某成分合金在某溫度時(shí)的相由相圖確定某成分合金在某溫度時(shí)的相由相圖確定給定合金的相變溫度由相圖確定給定合金的相變溫度由相圖確定某成分合金在某溫度時(shí)的兩由相圖確定某成分合金在某溫度時(shí)的兩個(gè)平衡相的成分和相對(duì)質(zhì)量個(gè)平衡相的成分和相對(duì)質(zhì)量杠桿定律杠桿定律二、二元?jiǎng)蚓鄨D二、二元?jiǎng)蚓鄨D兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶，冷卻時(shí)發(fā)生勻晶反應(yīng)勻晶反應(yīng)的合金系，稱為勻

33、晶系勻晶系并構(gòu)成勻晶相圖勻晶相圖。例如 、 、 等。NiCu CrFe AgAu 1、相圖分析、相圖分析LL+結(jié)晶過程中，單相區(qū)內(nèi)只存在一相，故相的成分就是相應(yīng)合金的成分；相的質(zhì)量就是相應(yīng)合金的質(zhì)量。兩相區(qū)內(nèi)，由于合金正處在結(jié)晶過程中，隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行，合金中各相的成分和相的相對(duì)量都在不斷地發(fā)生變化。2 2、杠桿定律、杠桿定律確定兩相區(qū)內(nèi)兩個(gè)組成相（平確定兩相區(qū)內(nèi)兩個(gè)組成相（平衡相）以及相的成分和相的相對(duì)量的重要法則。衡相）以及相的成分和相的相對(duì)量的重要法則。（1）兩平衡相及其成分的確定）兩平衡相及其成分的確定確定成分為 的Cu-Ni合金，在T1溫度下是由哪兩個(gè)相組成以及各相的成分。%xwN

34、i通過合金線上相當(dāng)于T1溫度的b點(diǎn)，作水平線abc，水平線兩端所接觸的兩個(gè)單相區(qū)中相L和相，就是該合金在T1溫度時(shí)共存的兩個(gè)相。水平線兩端與液相線和固相線的交點(diǎn)a、c在成分坐標(biāo)上的投影，分別表示T1溫度下液相和固相的成分，即液相L的成分為wNi（L）=x1%，固相的成分為wNi（）=x2%。xx2x1（2）兩平衡相相對(duì)量的確定）兩平衡相相對(duì)量的確定mL + ms = 1 mL xL + msxs = x0將上兩式聯(lián)立求解得到： mL = (xs x0)/( xs xL)ms = (x0 xL)/( xs xL) 將上式與圖中線段比較，可得到： mL = OS/LS, ms = LO/LS ab

35、bcmmL杠桿定律：合金中液相與固相的質(zhì)量比和水平線合金中液相與固相的質(zhì)量比和水平線abc被合金被合金成分線分得的兩線段的長(zhǎng)度成反比。這與力學(xué)成分線分得的兩線段的長(zhǎng)度成反比。這與力學(xué)中的杠桿定律相似，其中杠桿的支點(diǎn)為合金的中的杠桿定律相似，其中杠桿的支點(diǎn)為合金的原始成分（合金線），杠桿兩端表示該溫度下原始成分（合金線），杠桿兩端表示該溫度下兩相的成分，杠桿的全長(zhǎng)表示合金的質(zhì)量，兩兩相的成分，杠桿的全長(zhǎng)表示合金的質(zhì)量，兩相的質(zhì)量與杠桿臂長(zhǎng)成反比，故稱為相的質(zhì)量與杠桿臂長(zhǎng)成反比，故稱為杠桿定律杠桿定律。杠桿定律的應(yīng)用杠桿定律的應(yīng)用 對(duì)于其他類型的二元合金相圖也同樣可用杠桿定律來確定兩相區(qū)中兩相的成

36、分及相對(duì)量。 對(duì)于單相區(qū)，由于相的成分和質(zhì)量就是合金的成分和質(zhì)量，故沒有應(yīng)用的必要。abcdT,CtL L L勻晶轉(zhuǎn)變 L 冷卻曲線CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。勻晶合金的結(jié)晶過程勻晶合金的結(jié)晶過程 兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶，冷卻時(shí)發(fā)生勻晶反應(yīng)。勻晶反應(yīng)。3、合金的結(jié)晶過程分析、合金的結(jié)晶過程分析L12緩慢冷卻、原子充分?jǐn)U散緩慢冷卻、

37、原子充分?jǐn)U散最終得到與原合金成分最終得到與原合金成分相同的單相固溶體。相同的單相固溶體。L 1.與純金屬凝固一樣由形核和長(zhǎng)大來完成結(jié)晶過程，實(shí)際在一定的過冷度下進(jìn)行。 2.凝固在一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。只有在溫度不斷下降時(shí)固體量才增加，溫度不變，液固數(shù)量維持平衡不變。 3.凝固過程中液體和固體的成分在不斷變化。平衡結(jié)晶或均勻化退火的Cu-Ni合金固溶體的顯微組織固溶體的不平衡結(jié)晶固溶體的不平衡結(jié)晶1)1)工業(yè)生產(chǎn)中合金溶液澆注后的冷卻速度較工業(yè)生產(chǎn)中合金溶液澆注后的冷卻速度較快，在每一溫度下不能保持足夠的擴(kuò)散時(shí)快，在每一溫度下不能保持足夠的擴(kuò)散時(shí)間，使凝固過程偏離平衡條件，稱為非平間，使凝固過程偏離

38、平衡條件，稱為非平衡凝固衡凝固( (結(jié)晶結(jié)晶) ) 。2)2)非平衡凝固非平衡凝固( (結(jié)晶結(jié)晶) )得到的組織稱為不平衡得到的組織稱為不平衡組織。組織。 工程中采用先快冷，再在固態(tài)較高溫度下讓成分均勻。非平衡凝固的缺陷 如果冷卻速度較快，液體和固體成分來不及均勻，除晶粒細(xì)小外，固體中的成分會(huì)出現(xiàn)不均勻，樹枝晶中成分也不均勻，產(chǎn)生晶內(nèi)偏析； 冷卻慢了會(huì)出現(xiàn)區(qū)域偏析。 枝晶偏析會(huì)降低合金的力學(xué)性能和加工工藝枝晶偏析會(huì)降低合金的力學(xué)性能和加工工藝性能。容易導(dǎo)致合金塑性、韌性下降；易引起晶性能。容易導(dǎo)致合金塑性、韌性下降；易引起晶間腐蝕，降低合金的抗蝕性能。間腐蝕，降低合金的抗蝕性能。 固溶體結(jié)晶時(shí)

39、成分是變化的（固相線和液相線），如冷卻固溶體結(jié)晶時(shí)成分是變化的（固相線和液相線），如冷卻較快，固態(tài)下原子擴(kuò)散又很困難，致使固溶體內(nèi)部的原子擴(kuò)較快，固態(tài)下原子擴(kuò)散又很困難，致使固溶體內(nèi)部的原子擴(kuò)散來不及充分進(jìn)行，結(jié)果使先結(jié)晶的固溶體含高熔點(diǎn)組元較散來不及充分進(jìn)行，結(jié)果使先結(jié)晶的固溶體含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的樹枝晶晶枝含低熔點(diǎn)組元較多。這種在一個(gè)晶多，后結(jié)晶的樹枝晶晶枝含低熔點(diǎn)組元較多。這種在一個(gè)晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析。 因?yàn)楣倘荏w的結(jié)晶一般是按樹枝狀方式長(zhǎng)大，這就使先結(jié)晶的枝干晶因?yàn)楣倘荏w的結(jié)晶一般是按樹枝狀方式長(zhǎng)大，這就使先結(jié)晶的枝干晶

40、枝含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的枝間晶枝含低熔點(diǎn)組元較多，由于這種晶枝含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的枝間晶枝含低熔點(diǎn)組元較多，由于這種晶內(nèi)偏析呈樹枝分布，故又稱內(nèi)偏析呈樹枝分布，故又稱枝晶偏析枝晶偏析。 生產(chǎn)上常把有枝晶偏析的合金加熱到高溫，并經(jīng)長(zhǎng)生產(chǎn)上常把有枝晶偏析的合金加熱到高溫，并經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間保溫，使原子充分?jǐn)U散，以達(dá)到成分均勻化的時(shí)間保溫，使原子充分?jǐn)U散，以達(dá)到成分均勻化的目的，這種熱處理方法稱為目的，這種熱處理方法稱為均勻化退火均勻化退火或或擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火。偏析實(shí)例先結(jié)晶的枝干中，因含鎳量高，不易侵蝕，故成白色；而后結(jié)晶的枝間含銅量高，易侵蝕而成黑色。通過對(duì)非平衡凝固分析得到如下結(jié)論：(1)

41、固相、液相的平均成分分別與固相線、液相線不同，有固相、液相的平均成分分別與固相線、液相線不同，有一定的偏離（固相成分按平均成分線變化），其偏離程一定的偏離（固相成分按平均成分線變化），其偏離程度與冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越大，其偏離程度越嚴(yán)重；度與冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越大，其偏離程度越嚴(yán)重；冷卻速度越小，偏離程度越小，越接近于平衡條件。冷卻速度越小，偏離程度越小，越接近于平衡條件。(2) 先結(jié)晶部分含有較多的高熔點(diǎn)組元先結(jié)晶部分含有較多的高熔點(diǎn)組元(Ni)，后結(jié)晶部分含后結(jié)晶部分含有較多的低熔點(diǎn)組元有較多的低熔點(diǎn)組元(Cu)。(3) 非平衡結(jié)晶條件下，凝固的終結(jié)溫度低于平衡結(jié)晶時(shí)的非平衡結(jié)晶條

42、件下，凝固的終結(jié)溫度低于平衡結(jié)晶時(shí)的終止溫度。終止溫度。 兩組元在液態(tài)中無限互溶，在固態(tài)時(shí)有限互溶，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的一種相圖，稱為共晶相圖。如Pb-Sn、Ag-Cu、Al-Si等合金系相圖。 三、二元共晶相圖三、二元共晶相圖 點(diǎn)：A、 B、E（共晶點(diǎn)）：該點(diǎn)成分的液相將發(fā)生共晶反應(yīng)線：AEB液相線， AMENB 固相線 MFSn在中的溶解度曲線 NGPb在中的溶解度曲線 MEN共晶線，成分在該線范圍內(nèi)的合金冷卻到該線以下時(shí)將發(fā)生共晶反應(yīng) LE M+ N AM 的結(jié)晶終了線。BN 的結(jié)晶終了線。LE M + NPbSnSn%T, C液相線液相線L固相線固相線 + L+ L + 固溶線固溶線 固溶

43、線固溶線ABEMNFG共晶相圖簡(jiǎn)介單相區(qū)：L, , 雙相區(qū)：L + ， L + ， + 三相區(qū)： L + + 二元相圖中的三相區(qū)都是水平線。 共晶線共晶線MEN是是L+三相平衡的共存線。三相平衡的共存線。一定成分的液相，在一定溫度下，同時(shí)結(jié)晶出成分不同的兩種固相的轉(zhuǎn)變，稱為共晶轉(zhuǎn)變。由共晶轉(zhuǎn)變獲得的兩相混合物稱為共晶組織或共晶體。E點(diǎn)稱為共晶點(diǎn)。C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度與成分分別稱為共晶溫度與共晶成分。通過E點(diǎn)的水平的固相線MEN稱為共晶線，液體冷卻到共晶線時(shí)，都要發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。PbSnT, CL + L + L + 共晶反應(yīng)線共晶反應(yīng)線表示從表示從M點(diǎn)到點(diǎn)到N點(diǎn)點(diǎn)范圍的合金，在范圍的合金，在該溫度上

44、都要發(fā)該溫度上都要發(fā)生不同程度上的生不同程度上的共晶反應(yīng)。共晶反應(yīng)。ce共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)表示表示E點(diǎn)成分的合點(diǎn)成分的合金冷卻到此溫度金冷卻到此溫度上發(fā)生完全的共上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。晶轉(zhuǎn)變。dLE M + NABEMNFGPbSnT, CL + L + L + 183ced1.1.共晶轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵鹿簿мD(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行。進(jìn)行。2.2.轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種液相中結(jié)晶出兩個(gè)液相中結(jié)晶出兩個(gè)不同的固相。不同的固相。3.3.存在一個(gè)確定的共存在一個(gè)確定的共晶點(diǎn)。在該點(diǎn)凝固晶點(diǎn)。在該點(diǎn)凝固溫度最低。溫度最低。4.4.成分在共晶線范圍成分在共晶線范圍的合金都要經(jīng)歷共的合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。晶轉(zhuǎn)變。共

45、晶轉(zhuǎn)變要點(diǎn)須知ceFGX1T, CtL L LL+ 冷卻曲線冷卻曲線 + 1234PbSnT, CL + L + L + 183DEC（1）合金（F、D點(diǎn)間的合金） 當(dāng)合金由液相緩冷到1點(diǎn)時(shí)，從液相中開始結(jié)晶出Sn溶于Pb的固溶體，隨著溫度的下降， 固溶體量不斷增多，而液相量不斷減少，液相成分沿液相線tAC變化， 固相的成分沿固相線tAD變化。當(dāng)合金緩冷到3點(diǎn)時(shí)， Sn在Pb中的溶解度已達(dá)到飽和。溫度再下降到3點(diǎn)以下， Sn在Pb中的溶解度已過飽和，過剩的Sn以固溶體的形式從固溶體中析出。隨著溫度的下降， 和固溶體的溶解度分別沿DF和EG兩條固溶線變化，從固溶體中不斷析出固溶體。ceFGX11

46、234PbSnT, CL + L + L + 183DECtAtB為了區(qū)別于從液相中結(jié)晶出的固溶體，把從固相中析出的固溶體稱為次生，并以“”表示。PbSnT, CL + L + L + 183DECT, CtL L LL+ 冷卻曲線冷卻曲線 + 1.沒有共晶反應(yīng)過程，沒有共晶反應(yīng)過程，而是經(jīng)過勻晶反應(yīng)形成而是經(jīng)過勻晶反應(yīng)形成單相單相 固相。固相。2.要經(jīng)過二次析出反要經(jīng)過二次析出反應(yīng)，室溫應(yīng)，室溫 組織組成組織組成物物為為 + 組織組成物組織組成物組織中，由一定的相構(gòu)成的、具有一定形態(tài)特征的組成部分。）合金顯微組織（點(diǎn)成分的200SnPbDwSn合金的室溫組織為固溶體+固溶體。右圖中，黑色基體為固溶體，白色顆粒為固溶體。成分在成分在D點(diǎn)與點(diǎn)與F點(diǎn)間的點(diǎn)間的所有合金，其結(jié)晶過所有合金，其結(jié)晶過程與合金程與合金相似，室相似，室溫下顯微組織都是由溫下顯微組織都是由+組成。只是兩組成。只是兩相的相對(duì)量不同，合相的相對(duì)量不同，合金成分越靠近金成分越靠近D點(diǎn)，點(diǎn)，室溫時(shí)室溫時(shí)量越多。量越多。合金合金在室溫下的在室溫下的與與的相對(duì)量計(jì)算