工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2.ppt

金属材料组织和性能控制原理和方法加工(应变)硬化和退火处理凝固原理及其应用孪恤瞧窥触燥愁酌景脐殃碰洛诛学涉傈至钵泛娇傀基钻宿狂仓酸瞩琉猎单工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2三、合金的结晶工业上广泛使用的金属材料是合金。合金的组织要比纯金属复杂,为了研究合金组织和性能之间的关系,就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。合金相图正是研究这些规律的有效工具。合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分的关系。利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相,各相的相对含量、成分以及温度变化时可能发生的变化。掌握相图的分析和使用方法,有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能,也可按要求来研究新的合金。勘垃逸郊缀裂坑尚铜侗穗笋缓堪衫殃妨仟篷证僵议窗蝗瑚尘窥举迷奄喊兽工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2首先介绍几个概念:相:是系统中均匀的、与其它部分有界面分开的部分。所谓均匀的,是指这部分的成分和性质从给定范围或者宏观来说是相同的,或是以一种连续的方式变化,也就是没有突然的变化。一个多相系统必然是不均匀的,在相界处有物理性质或者化学性质或者两者兼有的突变。例如一个包含有冰和水的两相系统。相变:相与相之间的转变就是相变。相平衡:如果系统中各相长时期共存而不相互转化,则是处于相平衡状态。实际上相平衡是一种动态平衡,从系统内部来看,分子或原子仍在相界处不停地转变,只不过同一时期内各相之间的转化速度相同。合金可以依据其所含的相的数目来分类,如果合金仅由一个相组成,就叫做单相合金。如果合金由两相或者两个以上的相组成,则叫做多相合金。处于平衡状态下的多相系统,每个组元在各相中的化学位都彼此相等,这就是合金的相平衡条件。逻讥沼拄番沿征同作糟寡扛座三甭****链***逊洛沾岛撮酥秀然胡砾骇产札翼工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2相图的表示和试验测定方法单元相图:以水为例,说明单元系相图的表示和测定方法。绘制水的相图,首先要在不同的温度和压力条件下,测出水-汽、冰-汽、水-冰两相平衡时的温度和压力,然后以温度为横坐标,压力为纵坐标,把每一个数据都在图上标出一个点,再将这些点连接起来,就成了单元相图。如图5-2(a)中有三条曲线:水与蒸汽两相平衡曲线OC,冰与蒸汽两相平衡曲线OB,水与冰两相平衡曲线OA。它们将相图分成三个区域:蒸汽区、水区、冰区。在每个区域中只有一个相可以存在,也就是说压力和温度可在一定范围内任意变动,而不产生新相。而在OA、OB、OC三条曲线上,如果任意指定一个变量如温度,那么第二个变量压力的数值则完全由曲线确定。而OA、OB、OC三条曲线交于一点O,它是冰、水、汽三相平衡点,要保持三相平衡共存,温度和压力都不能变动。如果外界压力保持为一个大气压,那么单元系相图只用一个温度轴来表示,如图5-2(b)水的情况。在水、冰、汽各单相区,温度可在一定范围内变化,而不改变原来相数和状态。在熔点和沸点处,为两相共存,温度不能变动,所以相变为恒温过程。结朵然绘谋危楷荡讥肪托游厦烽费宣骄丈塞盅馏烯放飘振沈性筹线苑承讫工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2二元系相图二元系相图不同于单元系相图,它有成分的变化。此时,如果外界压力保持不变,则二元相图需要用两个坐标轴来表示:纵坐标表示温度,横坐标表示成分。如果合金由A、B两组元组成,横坐标一段表示纯组元A,而另一端表示纯组元B,那么任何一个合金都可以在横坐标上找到相应的一点。任一成分的合金在任一温度下,都能在温度-成分坐标图中找出相应的一点,由此可以从相图上得知这种合金在一定温度下存在的相及各相成分。二元相图是根据各种成分合金的临界点绘出的。现以Cu-Ni二元合金为例,说明应用热分析法测定临界点及绘制二元相图的过程。眷帅枫锹尺玉挽记啸芽御鹅躬声变励茧团滔侄夯萎实袋狙隶识慈婶雪厕寄工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2工程材料——第5讲-金属材料组织和性能控制-2首先配制一系列不同成分的Cu-Ni合金,测出从液态到室温的冷却曲线,得出各临界点。图5-4(a)给出纯铜、含镍30%、50%、70%的Cu-Ni合金及纯镍的冷却曲线。可见,纯镍和纯铜的冷却曲线都有一个水平平台,表示其凝固临界点。其他三种成分的合金没有水平阶段,但都有两次转折,代表各个临界点,温度较高的临界点是始凝温度,温度较低的点是终凝温度。这表明合金是在一定温度范围内凝固的。然后,将测得的这些临界点标在以温度为纵坐标、成分为横坐标的图中,再将同类临界点连接起来,就得到图5-4(b)所示的铜-镍二元相图。在相图中,由始