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1材料结构材料结构原子结构原子结构晶体结构晶体结构非晶体结构非晶体结构长程有序和无序之分！长程有序和无序之分！第1页2原子结构与原子结合原子结构与原子结合 原子结合方式决定了其结构原子结合方式决定了其结构 基本概念和分类基本概念和分类晶体学基础晶体学基础 晶体学基本概念晶体学基本概念 晶向和晶面标定晶向和晶面标定纯金属晶体结构纯金属晶体结构 BCC、FCC and HCP characteristics 堆垛和间隙堆垛和间隙合金晶体结构合金晶体结构 solid solution and intermetallic compounds 基本概念基本概念材料结构材料结构第2页3晶体结构晶体结构第3页41 晶体学基础晶体学基础基本概念基本概念（1）晶格）晶格（2）晶胞）晶胞（3）晶格常数）晶格常数（4）晶系）晶系空间点阵与晶体结构区分？空间点阵与晶体结构区分？7种晶系，种晶系，14种布拉维点阵种布拉维点阵第4页52 晶面指数和晶向指数晶面指数和晶向指数标定！标定！晶面、晶向和晶面族、晶向族写法晶面、晶向和晶面族、晶向族写法确定步骤：确定步骤：A：确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向平行线，：确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向平行线，B：求直线上任一点坐标值并按百分比化为最小整数，加方括弧，形式：求直线上任一点坐标值并按百分比化为最小整数，加方括弧，形式为为uvw。确定步骤：确定步骤：A：确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上截距，：确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上截距，B：取三个截距值倒数，并按百分比化为最小整数，加圆括弧，形式为：取三个截距值倒数，并按百分比化为最小整数，加圆括弧，形式为（hkl）。）。第5页6立方晶系常见晶面族为：立方晶系常见晶面族为：立方晶系常见晶向为：立方晶系常见晶向为：*2第6页7晶带定律晶带定律晶带轴晶带轴u v w与该晶带与该晶带晶面（晶面（h k l）之间存在以下关系：之间存在以下关系：hu+kv+lw=0对于常见晶系，晶面间距对于常见晶系，晶面间距dhkl为：为：晶面间距晶面间距第7页8在立方晶系中在立方晶系中两晶向夹角解析计算两晶向夹角解析计算两晶向夹角解析计算两晶向夹角解析计算 两晶面交线晶向指数两晶面交线晶向指数两晶面交线晶向指数两晶面交线晶向指数 uvwuvwuvwuvw 与晶带轴计算相同与晶带轴计算相同第8页92 纯金属晶体结构纯金属晶体结构金属中原子键为金属中原子键为金属键金属键，不具方向性不具方向性，所以，对最邻近原子数和位置，所以，对最邻近原子数和位置无限制，通常大部分金属都含有无限制，通常大部分金属都含有大最邻近原子数大最邻近原子数和和原子堆垛密度原子堆垛密度。体心立方结构体心立方结构(BCC)body-centered cubic面心立方结构面心立方结构(FCC)face-centered cubic密排六方结构密排六方结构(HCP)close-packed hexagonal第9页10（1）原子半径）原子半径(R)晶胞中原子密度最大方向上相晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距二分之一。邻原子间距二分之一。（2）晶胞原子数）晶胞原子数(n)一个晶胞内所包含原子数目。一个晶胞内所包含原子数目。（3）致密度）致密度(K)晶胞中原子本身所占体积百分数。晶胞中原子本身所占体积百分数。K V/V0V：晶胞中原子体积：晶胞中原子体积V0：晶胞体积：晶胞体积Atomic radiusAtom number in a unit cellAtomic packing factorFCC4RR第10页11（4）配位数）配位数(CN)晶格中与任一原子直接相邻结合原子数目。晶格中与任一原子直接相邻结合原子数目。Coordination number第11页12原子堆垛方式原子堆垛方式三种常见晶格密排面和密排方向三种常见晶格密排面和密排方向密排面密排面数量数量密排方向密排方向数量数量体心立方晶格体心立方晶格11064面心立方晶格面心立方晶格11146密排六方晶格密排六方晶格六方底面六方底面1底面对角线底面对角线3间隙间隙 intersticestetra octa 第12页13Characteristics of BCC,FCC and HCP structures第13页143 合金相晶体结构合金相晶体结构合金（合金（Alloy）：两种或两种以上两种或两种以上金属元素金属元素，或，或金属元素金属元素与与非金属元素非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并含有经熔炼、烧结或其它方法组合而成并含有金属特征金属特征物质。物质。组元（组元（Component）：）：组成合金最基本独立物质，通常组元就是组成合金最基本独立物质，通常组元就是组成合组成合金元素金元素，也能够是，也能够是稳定化合物稳定化合物。组元间因为物理或化学相互作用，可形。组元间因为物理或化学相互作用，可形成各种相。成各种相。显微组织显微组织(microscopic structure):实质上是指在显微镜下观察到金属中各实质上是指在显微镜下观察到金属中各相晶粒相晶粒形态、数量、大小和分布形态、数量、大小和分布组合。组合。相（相（Phase）：）：是合金中含有同一是合金中含有同一聚集状态聚集状态、相同、相同晶体结构晶体结构，成份成份和和性能性能均一，并以界面相互分开组成部分。均一，并以界面相互分开组成部分。第14页15相相phase依据结构特点依据结构特点固溶体固溶体Solid solution中间相中间相Intermediate phase(金属间化合物金属间化合物Intermetallic compound)置换固溶体置换固溶体Substitutional solid solution间隙固溶体间隙固溶体Interstitial solid solution正常价化合物正常价化合物电子化合物电子化合物尺寸原因化合物尺寸原因化合物基本概念！基本概念！第15页16固溶体固溶体溶解度：溶解度：是指溶质原子在固溶体中极限浓度。是指溶质原子在固溶体中极限浓度。溶解度有一定程度固溶体称溶解度有一定程度固溶体称有限固溶体有限固溶体，组成元素无限互溶固溶体称，组成元素无限互溶固溶体称无无限固溶体限固溶体。只有组成元素原子半径、电化学特征相近，晶格类型相同置换固溶体，才只有组成元素原子半径、电化学特征相近，晶格类型相同置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。而间隙固溶体都是有限固溶体。有可能形成无限固溶体。而间隙固溶体都是有限固溶体。影响固溶度原因：影响固溶度原因：晶体结构，原子尺寸、电负性、电子浓度晶体结构，原子尺寸、电负性、电子浓度固溶体主要性能固溶体主要性能固溶强化！固溶强化！产生原因：是溶质原子使晶格发生畸变及对位错钉扎作用，妨碍了位产生原因：是溶质原子使晶格发生畸变及对位错钉扎作用，妨碍了位错运动。错运动。第16页17合金中其晶体结构与组成元素晶体结构均不相同固相当合金中其晶体结构与组成元素晶体结构均不相同固相当金属化合物金属化合物。金属化合物含有较高熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。金属化合物含有较高熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。l当合金中出现金属化合物时，可提升其强度、硬度和耐磨性，但降低当合金中出现金属化合物时，可提升其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。塑性。l金属化合物也是合金主要组成相。金属化合物也是合金主要组成相。中间相中间相 intermediate phase固溶体和中间相最本质区分？固溶体和中间相最本质区分？第17页18晶体缺点晶体缺点点缺点点缺点 point defects 线缺点线缺点 linear defects 面缺点面缺点 Interfacial defects 第18页19点缺点点缺点 point defects 空位空位 间隙原子间隙原子置换原子置换原子肖脱基空位肖脱基空位 弗兰克缺点弗兰克缺点 热平衡点缺点热平衡点缺点 过饱和点缺点过饱和点缺点 改变外部条件改变外部条件 在一定温度下含有在一定温度下含有一定平衡浓度一定平衡浓度 点缺点运动：点缺点运动：空位和间隙原子不停产生和复合，自扩散空位和间隙原子不停产生和复合，自扩散点缺点破坏了原子平衡状态，使晶格发生扭曲，称点缺点破坏了原子平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变晶格畸变。从而使强度、硬度提升，塑性、韧性下降；从而使强度、硬度提升，塑性、韧性下降；电阻升高，密度减小等。电阻升高，密度减小等。第19页20线缺点线缺点 linear defects 位错位错 刃型位错刃型位错 螺型位错螺型位错 特点特点 混合位错混合位错 刃型位错：刃型位错：存在一个多出半原子面存在一个多出半原子面位错线与位错线与b b垂直，滑移面只有一个垂直，滑移面只有一个即有切应变，又有正应变即有切应变，又有正应变螺型位错：螺型位错：不存在一个多出半原子面不存在一个多出半原子面位错线与位错线与b b平行，滑移面能够多个平行，滑移面能够多个只有切应变只有切应变第20页21判断位错正负判断位错正负 位位错错线线柏柏氏氏矢矢量量刃刃型型正正负负右手法则右手法则直角坐标直角坐标 bb刃型位错刃型位错 bb右右左左螺型位错螺型位错正正负负第21页22伯氏矢量特征伯氏矢量特征1)1)物理量：物理量：是一个反应位错周围点阵是一个反应位错周围点阵畸变总积累畸变总积累物理量。物理量。位错是柏氏矢量不为零晶体缺点。位错是柏氏矢量不为零晶体缺点。矢量方向：矢量方向：表示位错性质与取向，表示位错运动造成表示位错性质与取向，表示位错运动造成晶体滑移方向晶体滑移方向；矢量模矢量模 bb：表示该位错畸变程度（或称表示该位错畸变程度（或称位错强度位错强度），也可表），也可表示该位错造成晶体示该位错造成晶体滑移大小滑移大小；模平方模平方bb2 2 ：位错位错畸变能畸变能与柏氏矢量模平方大小成正比；与柏氏矢量模平方大小成正比；2)2)守恒性：守恒性：柏氏矢量与柏氏矢量与回路起点回路起点及详细及详细路径无关路径无关；3)3)唯一性：唯一性：一根不分叉一根不分叉位错线位错线含有含有唯一柏氏矢量唯一柏氏矢量，与位错类型、，与位错类型、形状、是否运动无关；形状、是否运动无关；4 4）矢量计算：矢量计算：柏氏矢量可分解、求和，满足矢量运算柏氏矢量可分解、求和，满足矢量运算5)5)位错连续性：位错连续性：位错不能中止于晶体内部，但能够形成一个位错不能中止于晶体内部，但能够形成一个封闭位封闭位错环错环，或连接于，或连接于晶界晶界、位错、位错结点结点，或终于，或终于表面表面。第22页23滑移滑移攀移攀移位错运动位错运动滑移特点滑移特点1)1)刃型：滑移切应力方向与位错线垂直，而螺型：滑移与位错线平行；刃型：滑移切应力方向与位错线垂直，而螺型：滑移与位错线平行；2)2)刃型和螺型，位错运动方向与位错线垂直；（刃型和螺型，位错运动方向与位错线垂直；（b b方向代表晶体滑移方向）方向代表晶体滑移方向）3)3)刃：滑移方向与位错运动方向一致，螺：滑移方向与位错运动方向垂直；刃：滑移方向与位错运动方向一致，螺：滑移方向与位错运动方向垂直；4)4)位错滑移切应力方向与位错滑移切应力方向与b b一致；位错滑移后，滑移面两侧晶体相对位移与柏氏矢量一致；位错滑移后，滑移面两侧晶体相对位移与柏氏矢量一致。一致。5)对螺型位错，还存在交滑移和双交滑移。对螺型位错，还存在交滑移和双交滑移。攀移：攀移：只对刃型位错而言，经过原子或空位扩散来实现只对刃型位错而言，经过原子或空位扩散来实现第23页24类型类型柏氏矢量柏氏矢量b切应力切应力方向方向位错线运位错线运动方向动方向晶体滑晶体滑移方向移方向晶体滑移大晶体滑移大小与小与b关系关系滑移面滑移面个数个数刃刃螺螺混合混合垂直位错线垂直位错线平行位错线平行位错线有夹角有夹角与与b一致一致与与b一致一致与与b一致一致垂直位错线垂直位错线垂直位错线垂直位错线垂直位错线垂直位错线与与b一致一致与与b一致一致与与b一致一致相等相等相等相等相等相等唯一唯一多个多个第24页25位错交割位错交割扭折扭折割阶割阶bacddcba刃型位错刃型位错螺型位错螺型位错特点特点刃型位错刃型位错割阶割阶部分仍为刃型位错（垂直于部分仍为刃型位错（垂直于b b），而），而扭折扭折部分则为螺部分则为螺型位错（平行于型位错（平行于b b）；）；（由柏氏矢量与位错线取向关系确定）（由柏氏矢量与位错线取向关系确定）螺型位错螺型位错割阶割阶和和扭折扭折部分均为刃型位错；部分均为刃型位错；因为都垂直于因为都垂直于b b 第25页26位错弹性性质：位错弹性性质：应力场：刃型位错、螺型位错应力场：刃型位错、螺型位错弹性畸变能：正比于弹性畸变能：正比于b2位错存在使晶体处于位错存在使晶体处于高能高能不稳定状态，不稳定状态，位错线有位错线有尽可能变直尽可能变直和和缩短其长度缩短其长度趋势趋势作用在位错上作用力：作用在位错上作用力：F=b位错上线张力位错上线张力 =Gb/2r r为曲率半径为曲率半径点缺点存在会妨碍位错运动，增加金属及合金塑性变形抗力点缺点存在会妨碍位错运动，增加金属及合金塑性变形抗力第26页27实际晶体结构中位错实际晶体结构中位错 单位位错、全位错、不全位错（肖克莱不全位错、弗兰克不全位错）单位位错、全位错、不全位错（肖克莱不全位错、弗兰克不全位错）堆垛层错堆垛层错位错反应：几何条件、能量条件位错反应：几何条件、能量条件扩展位错：全位错分解为两个不全位错扩展位错：全位错分解为两个不全位错+一个堆垛层错一个堆垛层错位错生成和增殖：位错生成和增殖：位错源、增殖机理：位错源、增殖机理：Frank-Read resource第27页28面缺点面缺点 Interfacial defects 外表面外表面晶界晶界孪晶界孪晶界相界相界堆垛层错堆垛层错小角度晶界小角度晶界大角度晶界大角度晶界共格共格半共格半共格非共格非共格对称倾斜对称倾斜不对称倾斜不对称倾斜扭转扭转界面界面第28页29晶界特征晶界特征1)1)晶界能量高，原子处于不稳定状态晶界能量高，原子处于不稳定状态杂质原子易于在晶界富集，造成晶界熔点低于晶内，加杂质原子易于在晶界富集，造成晶界熔点低于晶内，加热时晶界先熔化，热时晶界先熔化，过热过热易于原子扩散，故新相易于在晶界处形核易于原子扩散，故新相易于在晶界处形核晶界原子扩散速度高于晶内，且晶内腐蚀比晶内也快晶界原子扩散速度高于晶内，且晶内腐蚀比晶内也快2 2）晶界原子排列不规则，且存在较多缺点，如空位和位错等晶界原子排列不规则，且存在较多缺点，如空位和位错等 对位错运动起妨碍作用，从而提升强度和硬度对位错运动起妨碍作用，从而提升强度和硬度3 3）晶界长大和晶界平直化会降低晶界面积和晶界能量。晶界长大和晶界平直化会降低晶界面积和晶界能量。需要在高温下原子扩散才能实现需要在高温下原子扩散才能实现 第29页30材料变形材料变形塑性变形方式：主要经过塑性变形方式：主要经过滑移和孪滑移和孪生生、还有扭折。、还有扭折。孪生孪生是指晶体一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所是指晶体一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生切变。发生切变。滑移滑移是指晶体一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分是指晶体一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移现象。发生滑动位移现象。第30页31滑移变形特点滑移变形特点：滑移只能在切应力作用下发生。滑移只能在切应力作用下发生。临界分切应力！临界分切应力！滑移常沿晶体中原子密度最大晶面和晶向发生。滑移常沿晶体中原子密度最大晶面和晶向发生。滑移时，晶体两部分相对位移量是原子间距整数倍滑移时，晶体两部分相对位移量是原子间距整数倍.滑移同时伴伴随晶体转动。滑移同时伴伴随晶体转动。(5)滑移是经过滑移面上位错运动来实现。滑移是经过滑移面上位错运动来实现。单晶体金属塑性变形单晶体金属塑性变形临界分切应力临界分切应力当外力在某一滑移系中分切应力到达一当外力在某一滑移系中分切应力到达一定临界值时，该滑移系方向首先发生滑定临界值时，该滑移系方向首先发生滑移，该分切应力称为移，该分切应力称为临界分切应力临界分切应力第31页32孪生与滑移主要区分孪生与滑移主要区分1孪生经过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与未变形孪生经过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与未变形部分呈镜面对称；而滑移不引发晶格位向改变。部分呈镜面对称；而滑移不引发晶格位向改变。2孪生时，相邻原子面相对位移量小于一个原子间距；而滑移时滑移面两孪生时，相邻原子面相对位移量小于一个原子间距；而滑移时滑移面两侧晶体相对位移量是原子间距整数倍。侧晶体相对位移量是原子间距整数倍。3孪生所需要切应力比滑移大得多，变形速度大得多孪生所需要切应力比滑移大得多，变形速度大得多单晶体金属塑性变形单晶体金属塑性变形第32页33多晶体金属塑性变形多晶体金属塑性变形晶界及晶粒位向差影响晶界及晶粒位向差影响晶粒大小对金属力学性能影响晶粒大小对金属力学性能影响细晶强化！细晶强化！合金塑性变形与强化合金塑性变形与强化单相固溶体单相固溶体固溶强化固溶强化多相合金多相合金弥散强化弥散强化塑性变形对金属性能影响塑性变形对金属性能影响加工硬化加工硬化产生强化原因！产生强化原因！第33页34回复、再结晶和晶粒长大回复、再结晶和晶粒长大冷变形冷变形加加 热热概念，在每个阶段材料组织以及力学概念，在每个阶段材料组织以及力学和物理性能会发生什么改变和物理性能会发生什么改变第34页35 回复阶段退火作用：回复阶段退火作用：提升扩散提升扩散 促进位错运动促进位错运动 释放内应变能释放内应变能回复退火产生结果：回复退火产生结果：电阻率下降电阻率下降硬度、强度下降不多硬度、强度下降不多 降低内应力降低内应力第35页36再结晶消除加工硬化再结晶消除加工硬化再结晶也是一个晶核形成和长大过程，但不是相变过程，再结晶也是一个晶核形成和长大过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒晶格类型和成份完全相同。再结晶前后新旧晶粒晶格类型和成份完全相同。再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行过程，续进行过程，发生再结晶最低温度称再结晶温度。发生再结晶最低温度称再结晶温度。影响再结晶温度原因：影响再结晶温度原因：1、金属预先变形度：、金属预先变形度：2、金属纯度、金属纯度5、加热速度和保温时间、加热速度和保温时间3.原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸4.第二相粒子第二相粒子第36页37冷加工与热加工区分冷加工与热加工区分低于再结晶温度加工变形称为冷加工高于再结晶温度加工变形称为热加工热加工：在加工变形同时产生加工硬化和动态回复与再结晶，而且热加工产生加工硬化很快被回复再结晶产生软化所抵消，所以热加工表达不出加工硬化现象。再结晶完成后，若继续升高加热温度再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发过程。这是一个自发过程。第37页38材料凝固材料凝固凝固凝固晶体晶体物质由液态转变为晶态过程称为结晶物质由液态转变为晶态过程称为结晶crystallization其突出特点是材料性能发生突变其突出特点是材料性能发生突变非晶体非晶体材料在凝固过程中逐步变硬材料在凝固过程中逐步变硬结晶结晶是由一个相（液相）转变为另一个相（固相）过程称为相是由一个相（液相）转变为另一个相（固相）过程称为相变，因而是相变过程。变，因而是相变过程。材料在凝固过程中逐步变硬只是一个凝固过程，不是相变。材料在凝固过程中逐步变硬只是一个凝固过程，不是相变。第38页39结晶结晶结晶条件结晶条件热力学条件热力学条件动力学条件动力学条件结构条件结构条件能量条件能量条件热过冷热过冷D DT0(D DG0结构起伏（大于临界晶核尺寸结构起伏（大于临界晶核尺寸r*）能量起伏（大于临界形核功）能量起伏（大于临界形核功）在均匀母相中完全靠过冷液体中结构起伏在均匀母相中完全靠过冷液体中结构起伏和能量起伏来实现形核，故十分困难和能量起伏来实现形核，故十分困难依附在液体中外来固体表面形成晶核，故依附在液体中外来固体表面形成晶核，故在相同条件下，比均匀形核更轻易在相同条件下，比均匀形核更轻易长大机制长大机制长大形态长大形态依据液固界面微观结构：连续长大、二维依据液固界面微观结构：连续长大、二维形核长大和借螺位错长大形核长大和借螺位错长大依据液固界面微观结构和界面前沿液体中依据液固界面微观结构和界面前沿液体中温度梯度：平面状长大和树枝状长大温度梯度：平面状长大和树枝状长大纯金属纯金属第39页40合金凝固区分于纯金属凝固最经典特征：合金凝固区分于纯金属凝固最经典特征：成份过冷成份过冷在正温度梯度下可实现树枝状生长在正温度梯度下可实现树枝状生长固溶体凝固理论固溶体凝固理论正常凝固正常凝固区域熔炼区域熔炼平衡分配系数平衡分配系数k0有效分配系数有效分配系数ke第40页41铸件组织铸件组织表层细晶区表层细晶区柱状晶区柱状晶区中心等轴晶区中心等轴晶区铸件缺点铸件缺点缩孔缩孔气孔气孔偏析偏析宏观宏观偏析偏析显微显微偏析偏析正偏析正偏析反偏析反偏析比重偏析比重偏析胞状偏析胞状偏析枝晶偏析枝晶偏析晶界偏析晶界偏析第41页42细化晶粒方法细化晶粒方法提升过冷度提升过冷度变质处理变质处理振动、搅拌等振动、搅拌等凝固理论应用凝固理论应用第42页43二元相图二元相图基本类型基本类型 匀晶相图（匀晶相图（isomorphous phase diagramisomorphous phase diagram）共晶相图（共晶相图（eutectic phase diagrameutectic phase diagram）包晶相图（包晶相图（peritectic phase diagramperitectic phase diagram）第43页44熟悉最基本反应类型熟悉最基本反应类型熟练杠杆定律熟练杠杆定律熟练掌握铁碳合金相图，应用杠杆定律熟练掌握铁碳合金相图，应用杠杆定律第44页451.常见二元合金相图基本类型常见二元合金相图基本类型第45页46二元相图分析步骤二元相图分析步骤实际二元相图往往比较复杂，可按以下步骤进行分析。实际二元相图往往比较复杂，可按以下步骤进行分析。分清相图中包含哪些基本类型相图分清相图中包含哪些基本类型相图 确定相区确定相区 相区接触法则：相区接触法则：相邻两个相区相数差为相邻两个相区相数差为1 单相区确实定单相区确实定第46页47 两相区确实定：两个单相区之间夹有一个两相区，该两相两相区确实定：两个单相区之间夹有一个两相区，该两相区相由两相邻单相区相组成。区相由两相邻单相区相组成。3.3.利用相图分析经典合金结晶过程，从而判断出在室温下合利用相图分析经典合金结晶过程，从而判断出在室温下合金组织组成或相组成。金组织组成或相组成。应用杠杆定律计算平衡相（组织）相应用杠杆定律计算平衡相（组织）相对量。对量。注意杠杆定律只能在平衡条件下二相区使用。注意杠杆定律只能在平衡条件下二相区使用。三相区确实定：二元相图中水平线是三相区，其三个相由与该三相区确实定：二元相图中水平线是三相区，其三个相由与该三相区点接触三个单相区相组成。三相区点接触三个单相区相组成。第47页482.FeC合金相图：合金相图：是二元合金相图综合应用是二元合金相图综合应用点点：符号、成份、温度：符号、成份、温度线线相区相区：5个单相区，个单相区，7个个两相区，和两相区，和3个三相个三相区（三条水平线）区（三条水平线）组织组成物组织组成物：标注：标注第48页493.杠杆定律：杠杆定律：只适合用于两相区只适合用于两相区杠杆杠杆支点支点是合金成份，杠杆是合金成份，杠杆端端点点是所求两平衡相（或两组织是所求两平衡相（或两组织组成物）成份。组成物）成份。第49页50作出经典合金冷却作出经典合金冷却曲线示意图曲线示意图二元合金冷却曲线特二元合金冷却曲线特征是征是:在单相区和两相区在单相区和两相区冷却曲线为一斜线。冷却曲线为一斜线。（非等温！）（非等温！）分析经典合金结晶过程分析经典合金结晶过程由一个相区进入另一相区时由一个相区进入另一相区时,冷却曲线出现拐点冷却曲线出现拐点:a.由相数少相区进入相数多相区曲线向右拐由相数少相区进入相数多相区曲线向右拐;b.由相数多相区进入相数少相区曲线向左拐。由相数多相区进入相数少相区曲线向左拐。发生三相发生三相等温等温转变时，冷却曲线呈一水平台阶。转变时，冷却曲线呈一水平台阶。第50页51 分析合金结晶过程分析合金结晶过程 画出组织转变示意图。画出组织转变示意图。计算各相、各计算各相、各组织组成物相对重组织组成物相对重量百分比：量百分比：a.在单相区，合金在单相区，合金由单相组成，相成由单相组成，相成份、重量即合金成份、重量即合金成份、重量。份、重量。要熟悉平衡结晶过程，会画高温到低温组织转变！要熟悉平衡结晶过程，会画高温到低温组织转变！第51页524.杠杆定律在杠杆定律在FeC相图中应用相图中应用第52页53组织组成物和相在铁碳合金相图上标注组织组成物和相在铁碳合金相图上标注组织组成物与相组成组织组成物与相组成物标注区分主要在物标注区分主要在+Fe3C和和+Fe3C两个两个相区相区.+Fe3C相区中相区中有四个组织组成物区，有四个组织组成物区，+Fe3C相区中有七相区中有七个组织组成物区。个组织组成物区。+Fe3C+Fe3C 第53页54三元相图三元相图1.成份图合金标定成份图合金标定2.三元相图立体图解析：匀晶和共晶三元相图立体图解析：匀晶和共晶3.立体图投影：等温截面图立体图投影：等温截面图4.会分析合金结晶过程，给出在室温下存会分析合金结晶过程，给出在室温下存在相或组织在相或组织第54页55CABE EE E3 3E E1 1E E2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1 1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB Be eABC两相共晶两相共晶转变线三相共晶三相共晶转变点点两相共晶区分界限两相共晶区分界限第55页56ee1e2e3ABC612345区区域域相组成相组成组织组成组织组成1A+B+C2A+B+C3A+B+CA初初+(A+B)+(A+B+C)B初初+(A+B)+(A+B+C)B初初+(C+B)+(A+B+C)4A+B+CC初初+(C+B)+(A+B+C)5A+B+CC初初+(A+C)+(A+B+C)6A+B+CA初初+(A+C)+(A+B+C)三三 元元 简简 单单 共共 晶晶 相相 图图 平衡结晶产物平衡结晶产物第56页57ee1e2e3ABC区 域相组成组织组成 e1-eA+B+C e2-eA+B+C e3-eA+B+C(A+B)+(A+B+C)(B+C)+(A+B+C)(C+A)+(A+B+C)A-eA+B+CA初+(A+B+C)B-eA+B+CB初+(A+B+C)C-eA+B+CC初+(A+B+C)eA+B+C(A+B+C)三 元 简 单 共 晶 相 图 平衡结晶产物 第57页58扩散扩散第58页59扩散定律和应用扩散定律和应用1.菲克第一定律菲克第一定律 Ficks first law2.菲克第二定律菲克第二定律 Ficks second law稳定扩散情形稳定扩散情形非稳定扩散情形非稳定扩散情形t x2Dt=常数常数第59页60扩散分类：扩散分类：互扩散、自扩散、下坡扩散、上坡扩散互扩散、自扩散、下坡扩散、上坡扩散扩散驱动力扩散驱动力化学势梯度化学势梯度第60页61扩散机制扩散机制 Diffusion mechanisms（扩散原子理论）（扩散原子理论）1、交换扩散（、交换扩散（exchangediffusion）2、间隙扩散（、间隙扩散（interstitialdiffusion）3、空位扩散（、空位扩散（vacancydiffusion）4、晶界及表面扩散、晶界及表面扩散(grainboundaryorsurfacediffusion)5、位错扩散（、位错扩散（dislocationdiffusion）第61页62影响扩散原因影响扩散原因 扩散温度扩散温度 扩散元素性质扩散元素性质 基体金属性质基体金属性质 晶晶 体体 缺缺 陷陷 第62页