材料科学基础课程总结wq.pptx

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！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的晶体结构纯金属的晶体结构 BCC、FCC and HCP characteristics 堆垛和间隙堆垛和间隙合金的晶体结构合金的晶体结构 solid solution and intermetallic compounds 基本概念基本概念材料结构材料结构3任何物质由任何物质由原子原子组成组成结合方式结合方式排列方式排列方式物质的性能物质的性能固态物质，是由各种元素通过固态物质，是由各种元素通过原子、离子或分子原子、离子或分子结合而成结合而成 原子、离子、分子之间的结合力称为原子、离子、分子之间的结合力称为结合键结合键bond。它们的具体组合状态称为它们的具体组合状态称为结构结构structure。原子结构原子结构4原子的结合方式原子的结合方式结结合合键键强键强键弱键弱键(化学键）化学键）(物理键物理键)离子键离子键共价键共价键金属键金属键分子键分子键(范德华键范德华键)电子转移电子转移共用电子对共用电子对金属离子通过正离子金属离子通过正离子和自由电子之间的引和自由电子之间的引力而相互结合力而相互结合5晶体结构晶体结构61 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的区别？空间点阵与晶体结构的区别？7种晶系，种晶系，14种布拉维点阵种布拉维点阵72 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、晶向族的写法晶面、晶向和晶面族、晶向族的写法确定步骤：确定步骤：A：确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线，：确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线，B：求直线上任一点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括弧，形式：求直线上任一点的坐标值并按比例化为最小整数，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的截距，：确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距，B：取三个截距值的倒数，并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为：取三个截距值的倒数，并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为（hkl）。）。8立方晶系常见的晶面族为：立方晶系常见的晶面族为：立方晶系常见的晶向为：立方晶系常见的晶向为：*29晶带定律晶带定律晶带轴晶带轴u v w与该晶带的与该晶带的晶面晶面（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10在立方晶系中在立方晶系中两晶向的夹角解析计算两晶向的夹角解析计算两晶向的夹角解析计算两晶向的夹角解析计算 两晶面交线的晶向指数两晶面交线的晶向指数两晶面交线的晶向指数两晶面交线的晶向指数 uvwuvwuvwuvw 与晶带轴计算相同与晶带轴计算相同112 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构金属中的原子键为金属中的原子键为金属键金属键，不具方向性不具方向性，因此，对最邻近原子数和位，因此，对最邻近原子数和位置无限制，通常大部分金属都具有置无限制，通常大部分金属都具有大的最邻近原子数大的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 hexagonal12（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的一半。邻原子间距的一半。（2）晶胞原子数）晶胞原子数(n)一个晶胞内所包含的原子数目。一个晶胞内所包含的原子数目。（3）致密度）致密度(K)晶胞中原子本身所占的体积百分数。晶胞中原子本身所占的体积百分数。K V/V0V：晶胞中原子的体积：晶胞中原子的体积V0：晶胞体积：晶胞体积Atomic radiusAtom number in a unit cellAtomic packing factorFCC4RR13（4）配位数）配位数(CN)晶格中与任一原子直接相邻结合的原子数目。晶格中与任一原子直接相邻结合的原子数目。Coordination number14原子堆垛方式原子堆垛方式三种常见晶格的密排面和密排方向三种常见晶格的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 15Characteristics of BCC,FCC and HCP structures163 合金相的晶体结构合金相的晶体结构合金（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具有经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性金属特性的物质。的物质。组元（组元（Component）：）：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组组成合金的元素成合金的元素，也可以是，也可以是稳定的化合物稳定的化合物。组元间由于物理的或化学的相。组元间由于物理的或化学的相互作用，可形成各种相。互作用，可形成各种相。显微组织显微组织(microscopic structure):实质上是指在显微镜下观察到的金属中实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相晶粒的各相晶粒的形态、数量、大小和分布形态、数量、大小和分布的组合。的组合。相（相（Phase）：）：是合金中具有同一是合金中具有同一聚集状态聚集状态、相同、相同晶体结构晶体结构，成分成分和和性能性能均一，并以界面相互分开的组成部分。均一，并以界面相互分开的组成部分。17相相phase根据结构特点根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因素化合物尺寸因素化合物基本概念！基本概念！18固溶体的固溶体的溶解度：溶解度：是指溶质原子在固溶体中的极限浓度。是指溶质原子在固溶体中的极限浓度。溶解度有一定限度的固溶体称溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体有限固溶体，组成元素无限互溶的固溶体，组成元素无限互溶的固溶体称称无限固溶体无限固溶体。只有组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，只有组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。而间隙固溶体都是有限固溶体。才有可能形成无限固溶体。而间隙固溶体都是有限固溶体。影响固溶度的因素：影响固溶度的因素：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、电子浓度固溶体的主要性能固溶体的主要性能固溶强化！固溶强化！产生原因：是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用，阻碍了产生原因：是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用，阻碍了位错的运动。位错的运动。19合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。金属化合物具有较高的熔点、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，可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低当合金中出现金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。塑性。l金属化合物也是合金的重要组成相。金属化合物也是合金的重要组成相。中间相中间相 intermediate phase固溶体和中间相最本质的区别？固溶体和中间相最本质的区别？20晶体缺陷晶体缺陷点缺陷点缺陷 point defects 线缺陷线缺陷 linear defects 面缺陷面缺陷 Interfacial defects 21点缺陷点缺陷 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 弗兰克缺陷弗兰克缺陷 热平衡点缺陷热平衡点缺陷 过饱和的点缺陷过饱和的点缺陷 改变外部条件改变外部条件 在一定温度下具有在一定温度下具有一定的平衡浓度一定的平衡浓度 点缺陷的运动：点缺陷的运动：空位和间隙原子不断的产生和复合，自扩散空位和间隙原子不断的产生和复合，自扩散点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降；从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降；电阻升高，密度减小等。电阻升高，密度减小等。22线缺陷线缺陷 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：存在一个多余半原子面存在一个多余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：不存在一个多余半原子面不存在一个多余半原子面位错线与位错线与b b平行，滑移面可以多个平行，滑移面可以多个只有切应变只有切应变23判断位错的正负判断位错的正负 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24伯氏矢量的特性伯氏矢量的特性1)1)物理量：物理量：是一个反映位错周围点阵是一个反映位错周围点阵畸变总积累畸变总积累的物理量。的物理量。位错是柏氏矢量不为零的晶体缺陷。位错是柏氏矢量不为零的晶体缺陷。矢量方向：矢量方向：表示位错的性质与取向，表示位错运动导致表示位错的性质与取向，表示位错运动导致晶体滑移的方向晶体滑移的方向；矢量的模矢量的模 bb：表示该位错畸变的程度（或称表示该位错畸变的程度（或称位错的强度位错的强度），也可表），也可表示该位错导致的晶体示该位错导致的晶体滑移的大小滑移的大小；模的平方模的平方bb2 2 ：位错的位错的畸变能畸变能与柏氏矢量的模的平方的大小成正比；与柏氏矢量的模的平方的大小成正比；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具体及具体途径无关途径无关；3)3)唯一性：唯一性：一根不分叉的一根不分叉的位错线位错线具有具有唯一的柏氏矢量唯一的柏氏矢量，与位错的类型、，与位错的类型、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)位错的连续性：位错的连续性：位错不能中断于晶体内部，但可以形成一个位错不能中断于晶体内部，但可以形成一个封闭的位封闭的位错环错环，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。25滑移滑移攀移攀移位错的运动位错的运动滑移的特点滑移的特点1)1)刃型：滑移的切应力方向与位错线垂直，而螺型：滑移的与位错线平行；刃型：滑移的切应力方向与位错线垂直，而螺型：滑移的与位错线平行；2)2)刃型和螺型，位错的运动方向与位错线垂直；（刃型和螺型，位错的运动方向与位错线垂直；（b b方向代表晶体的滑移方向）方向代表晶体的滑移方向）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)位错滑移的切应力方向与位错滑移的切应力方向与b b一致；位错滑移后，滑移面两侧晶体的相对位移与柏氏一致；位错滑移后，滑移面两侧晶体的相对位移与柏氏矢量一致。矢量一致。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，通过原子或空位的扩散来实现的只对刃型位错而言，通过原子或空位的扩散来实现的26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27位错的交割位错的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的的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部分则为螺型位错（平行于螺型位错（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）螺型位错螺型位错的的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 28位错的弹性性质：位错的弹性性质：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位错的存在使晶体处于位错的存在使晶体处于高能高能的的不稳定状态，不稳定状态，位错线有位错线有尽量变直尽量变直和和缩短其长度缩短其长度的趋势的趋势作用在位错上的作用力：作用在位错上的作用力：F=b位错上的线张力位错上的线张力 =Gb/2r r为曲率半径为曲率半径点缺陷的存在会阻碍位错运动，增加金属及合金塑性变形的抗力点缺陷的存在会阻碍位错运动，增加金属及合金塑性变形的抗力29实际晶体结构中的位错实际晶体结构中的位错 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的生成和增殖：位错的生成和增殖：位错源、增殖机理：位错源、增殖机理：Frank-Read resource30面缺陷面缺陷 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31晶界特性晶界特性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，导致晶界熔点低于晶内，加杂质原子易于在晶界富集，导致晶界熔点低于晶内，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，且存在较多的缺陷，如空位和位错等晶界原子排列不规则，且存在较多的缺陷，如空位和位错等 对位错运动起阻碍作用，从而提高强度和硬度对位错运动起阻碍作用，从而提高强度和硬度3 3）晶界的长大和晶界的平直化会减少晶界面积和晶界能量。晶界的长大和晶界的平直化会减少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 32材料的变形材料的变形塑性变形的方式：主要通过塑性变形的方式：主要通过滑移和滑移和孪生孪生、还有扭折。、还有扭折。孪生孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。所发生的切变。滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。部分发生滑动位移的现象。33滑移变形的特点滑移变形的特点：滑移只能在切应力的作用下发生。滑移只能在切应力的作用下发生。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的晶面和晶向发生。滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍.滑移的同时伴随着晶体的转动。滑移的同时伴随着晶体的转动。(5)滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的。滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的。单晶体金属的塑性变形单晶体金属的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的分切应力达到当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方向首先发生一定临界值时，该滑移系方向首先发生滑移，该分切应力称为滑移，该分切应力称为临界分切应力临界分切应力34孪生与滑移的主要区别孪生与滑移的主要区别1孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与未变形孪生通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；而滑移不引起晶格位向改变。部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位向改变。2孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距；而滑移时滑移面孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距；而滑移时滑移面两侧晶体的相对位移量是原子间距的整数倍。两侧晶体的相对位移量是原子间距的整数倍。3孪生所需要的切应力比滑移大得多，变形速度大得多孪生所需要的切应力比滑移大得多，变形速度大得多单晶体金属的塑性变形单晶体金属的塑性变形35多晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形晶界及晶粒位向差的影响晶界及晶粒位向差的影响晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小对金属力学性能的影响细晶强化！细晶强化！合金的塑性变形与强化合金的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的影响塑性变形对金属性能的影响加工硬化加工硬化产生强化的原因！产生强化的原因！36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变化和物理性能会发生什么变化37 回复阶段退火的作用：回复阶段退火的作用：提高扩散提高扩散 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的结果：回复退火产生的结果：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38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的过程，但不是相变过程，再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。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的过程，续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。发生再结晶的最低温度称再结晶温度。影响再结晶温度的因素：影响再结晶温度的因素：1、金属的预先变形度：、金属的预先变形度：2、金属的纯度、金属的纯度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39冷加工与热加工的区别冷加工与热加工的区别低于再结晶温度的加工变形称为冷加工高于再结晶温度的加工变形称为热加工热加工：在加工变形的同时产生加工硬化和动态回复与再结晶，并且热加工产生的加工硬化很快被回复再结晶产生的软化所抵消，所以热加工体现不出加工硬化现象。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，这是一个自发的过程。这是一个自发的过程。40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的过程称为结晶物质由液态转变为晶态的过程称为结晶crystallization其突出特点是材料的性能发生突变其突出特点是材料的性能发生突变非晶体非晶体材料在凝固过程中逐渐变硬材料在凝固过程中逐渐变硬结晶结晶是由一个相（液相）转变为另一个相（固相）的过程称为是由一个相（液相）转变为另一个相（固相）的过程称为相变，因而是相变过程。相变，因而是相变过程。材料在凝固过程中逐渐变硬只是一个凝固的过程，不是相变。材料在凝固过程中逐渐变硬只是一个凝固的过程，不是相变。41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的结构起在均匀母相中完全靠过冷液体中的结构起伏和能量起伏来实现形核，故十分困难伏和能量起伏来实现形核，故十分困难依附在液体中的外来固体表面形成晶核，依附在液体中的外来固体表面形成晶核，故在相同条件下，比均匀形核更容易故在相同条件下，比均匀形核更容易长大机制长大机制长大形态长大形态根据液固界面微观结构：连续长大、二维根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根据液固界面微观结构和界面前沿液体中根据液固界面微观结构和界面前沿液体中的温度梯度：平面状长大和树枝状长大的温度梯度：平面状长大和树枝状长大纯金属纯金属42合金凝固区别于纯金属凝固的最典型特征：合金凝固区别于纯金属凝固的最典型特征：成分过冷成分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的凝固理论固溶体的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ke43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陷铸件缺陷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44细化晶粒的方法细化晶粒的方法提高过冷度提高过冷度变质处理变质处理振动、搅拌等振动、搅拌等凝固理论的应用凝固理论的应用45二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）46熟悉最基本的反应类型熟悉最基本的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471.常见二元合金相图的基本类型常见二元合金相图的基本类型48二元相图的分析步骤二元相图的分析步骤实际二元相图往往比较复杂，可按下列步骤进行分析。实际二元相图往往比较复杂，可按下列步骤进行分析。分清相图中包括哪些基本类型相图分清相图中包括哪些基本类型相图 确定相区确定相区 相区接触法则：相区接触法则：相邻两个相区的相数差为相邻两个相区的相数差为1 单相区的确定单相区的确定49 两相区的确定：两个单相区之间夹有一个两相区，该两相两相区的确定：两个单相区之间夹有一个两相区，该两相区的相由两相邻单相区的相组成。区的相由两相邻单相区的相组成。3.3.利用相图分析典型合金的结晶过程，从而判断出在室温下利用相图分析典型合金的结晶过程，从而判断出在室温下合金的组织组成或相组成。合金的组织组成或相组成。应用杠杆定律计算平衡相（组织）应用杠杆定律计算平衡相（组织）的相对量。的相对量。注意杠杆定律只能在平衡条件下的二相区使用。注意杠杆定律只能在平衡条件下的二相区使用。三相区的确定：二元相图中的水平线是三相区，其三个相由与三相区的确定：二元相图中的水平线是三相区，其三个相由与该三相区点接触的三个单相区的相组成。该三相区点接触的三个单相区的相组成。502.FeC合金相图：合金相图：是二元合金相图的综合应用是二元合金相图的综合应用点点：符号、成分、温度：符号、成分、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513.杠杆定律：杠杆定律：只适用于两相区只适用于两相区杠杆的杠杆的支点支点是合金的成分，杠是合金的成分，杠杆的杆的端点端点是所求的两平衡相是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。（或两组织组成物）的成分。52作出典型合金冷却作出典型合金冷却曲线示意图曲线示意图二元合金冷却曲线的二元合金冷却曲线的特征是特征是: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！）分析典型合金的结晶过程分析典型合金的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.由相数少的相区进入相数多的相区曲线向右拐由相数少的相区进入相数多的相区曲线向右拐;b.由相数多的相区进入相数少的相区曲线向左拐。由相数多的相区进入相数少的相区曲线向左拐。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。53 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，相的由单相组成，相的成分、重量即合金成分、重量即合金的成分、重量。的成分、重量。要熟悉平衡结晶过程，会画高温到低温的组织转变！要熟悉平衡结晶过程，会画高温到低温的组织转变！544.杠杆定律在杠杆定律在FeC相图中的应用相图中的应用55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别主要在物标注区别主要在+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 56三元相图三元相图1.成分图合金标定成分图合金标定2.三元相图的立体图解析：匀晶和共晶三元相图的立体图解析：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，给出在室温下存在的相或组织在的相或组织57CABE 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两相共晶区分界线58ee1e2e3ABC612345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59ee1e2e3ABC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 60扩散扩散61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稳定扩散的情形稳定扩散的情形非稳定扩散的情形非稳定扩散的情形t x2Dt=常数常数62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63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）64影响扩散的因素影响扩散的因素 扩散温度扩散温度 扩散元素的性质扩散元素的性质 基体金属的性质基体金属的性质 晶晶 体体 缺缺 陷陷 65