当前课程知识点：工程材料 > 第2章金属材料组织和性能的控制 > 2.2合金的结晶1 > 合金的结晶1（1）
下面我们学习第二章的
第2大节 合金的结晶
我们刚才讲了金属材料
分为纯金属和合金
合金比纯金属要复杂的多
所以合金的结晶过程
也要复杂的多
它需要用一个合金相图来分析
什么是相图呢
相图是合金体系中
各种合金相的平衡条件
和相与相之间关系的
一种简明示意图
也称为平衡图或者说状态图
平衡是指在一定条件下
合金系中
参与相变的各相的成分
和质量分数
都不再发生变化的一种状态
合金在极其缓慢冷却条件下的
结晶过程可以认为是
平衡的结晶过程
在常压下 二元合金的相状态
决定于温度和成分
我们看这个示意图
我们看这是一个铜镍
二元合金的相图
纵坐标为温度
横坐标为镍的质量分数
相图中的每一点
都表示一定成分的合金
在一定温度下的稳定相的状态
我们看A这一点
它处于这个粉红色的液相
加α固相的两相区
它表明化学成份为30%的
镍的质量分数的铜镍合金
在1200℃时它处于两相区
或者说处于液相加固相的
这样一个区域
我们再看B这一点
它表示化学组成为
含60%的质量分数的镍的
铜镍合金
在1000℃时它处于单相区
或者说α相固相区
我们先学习二元合金的结晶
一 发生匀晶反应的合金的结晶
我们先看它的结晶过程
我们仍然看铜镍合金的相图
我们看铜镍合金它由液相
向固相转变的时候
它只生成一个α的固溶体相
是匀晶反应
在铜镍 铁铬 金银合金中
均具有匀晶相图
或者说有匀晶反应
我们再看这个相图
它分为三个相区
第一个是在上部的液相区
为铜镍的液体相
第二个在下部的α相区
为铜镍组成的无限的固溶体
第三是介于二者之间的
两相区
为液相和固相两相组成
在这个相图中我们再看这条线
aa_1 c这条线它分割液相
和液相加固相的两相区
我们称之为液相线
那么再看ac_1 c这条线
它分割固液两相和固相区
我们把它叫做固相线
我们看匀晶结晶这个过程
是一个什么样的过程
我们用冷却曲线来表示它
当液体从零这一点
开始冷却的时候
一直冷却到1这一点
它处于液相区所以仍然是液体
继续冷却的时候
它会生成α相
我们看 形核逐渐长大
直到2这一点
完全转变成α固体
你继续冷却的时候
它以另外一个冷却速度
继续冷却到室温
所以从高温的零这一点
到室温的3这一点
它中间会发生一个液相向固相
转变的这样一个过程
2 匀晶结晶的特点
与纯金属一样
固溶体结晶它也包括
形核和长大两个过程
而且固溶体它更容易
以树枝状的方式进行长大
第二个特征是变温结晶
固溶体它在结晶的过程中
会在一个温度范围内进行
是一个变温结晶的过程
我们看这个图
从1到2这一点
是在一个温度区间
连续的进行冷却进行结晶
所以它的结晶是变温结晶
而我们再看纯金属
看纯铜它的结晶
它从1这一点开始
到1'这一点结束
它是在一个等温状态下进行结晶
换句话说纯金属它是等温结晶
合金或者说固溶体它是变温结晶
第三两相的成分是确定的
在两相区内
在一定的温度时
两相的成分或者说
液相和固相的成分它是确定的
那我们从相图上怎么样来确定
这两相的成分呢
我们先看在T_1这一个温度
如果我们做一条水平线
它会与液相线和固相线
分别交于a_1和c_1两点
那么a_1这一点它就是
这个温度下液相的化学成份
或者说含镍的质量分数
c_1这一点它就是固相的化学成份
或者说固相的镍的质量分数的含量
那当温度发生变化时
如降到T_2这一点你会发现
与液相线和固相线的交点
分别为a_2和c_2
那么这两点同样会代表
这一个温度下
液相的化学成份
和固相的化学成份
那么你会发现
随着温度的降低
液相的含镍的质量分数
会逐渐的降低
固相中含镍的质量分数
也会逐渐的降低
（4） 两相的质量比一定
在两相区 温度一定是
形成的两相它的质量分数
是固定的
而且这个质量分数
可以用一个方式来进行计算
我们看这个相图
在T_1温度时
液相的化学成份为a_1
固相的化学成份为c_1
那我们把它提取出来
这时液相的质量为Q_L
固相的质量为Q_α
那么二者符合杠杆定律
进行计算
这个时候液相的质量分数
就为b_1到c_1除上a_1到c_1
固相α的质量分数为a_1 b_1
除上a_1 c_1
这是一个杠杆定律
这样我们只要知道
给定的温度就可以算出
在这个给定的温度下
两相它的质量分数是多少
需要注意的是
在应用杠杆定律时
杠杆的两个端点
为给定温度时
两相的成分点
支点为合金的成分点
杠杆定律只适用于相图中的
两相区
杠杆定律只能在
平衡状态下使用
杠杆定律很重要
希望大家认真练习掌握好
（5） 容易产生枝晶偏析
固溶体结晶是
它的成分是变化的
当冷却速度很慢时
原子能够充分扩散
固溶体的成分
能够趋于均匀
但是当冷却速度较快时
原子扩散不充分
固溶体先后凝固的部分的成分
是不均匀的
这样就会出现一个晶粒内
化学成份分布不均匀
这种现象我们把它叫做枝晶偏析
我们看这个示意图
在同一个晶体内
铜镍合金它的成分是不均匀的
存在着富镍区
和富铜区
枝晶偏析对材料的力学性能
抗腐蚀性能和工艺性能都不利
所以需要消除
那么怎么来消除它呢
可以通过扩散退火
来进行消除
把合金加热到低于固相线
100℃左右的时候
进行长时间的保温
原子进行充分的扩散
这样就能获得成分均匀的固溶体
-0.1中华民族对材料发展的重大贡献
-0.2材料的结合键
-0.3工程材料的分类
-习题--作业
-1.1金属材料的结构与组织
-第1章材料的结构与性能特点--1.1金属材料的结构与组织
-1.2金属材料的性能特点
-第1章材料的结构与性能特点--1.2金属材料的性能特点
-2.1纯金属的结晶
-2.1纯金属的结晶--作业
-2.2合金的结晶1
-2.2合金的结晶1--作业
-2.2合金的结晶2
-2.2合金的结晶2--作业
-2.3金属的塑性加工
-2.3金属的塑性加工--作业
-2.4钢的热处理
--钢的热处理（1）
--钢的热处理（2）
--钢的热处理（3）
--钢的热处理（4）
--钢的热处理（5）
--钢的热处理（6）
--钢的热处理（7）
-第2章金属材料组织和性能的控制--2.4钢的热处理
-2.5钢的合金化
--钢的合金化（1）
--钢的合金化（2）
--钢的合金化（3）
--钢的合金化（4）
-2.5钢的合金化--作业
-2.6表面技术
--表面技术（1）
--表面技术（2）
--表面技术（3）
--表面技术（4）
-2.6表面技术--作业
-3.1碳钢
--碳钢
-3.1碳钢--作业
-3.2合金钢
--合金钢（1）
--合金钢（2）
--合金钢（3）
--合金钢（4）
--合金钢（5）
--合金钢（6）
--合金钢（7）
-第3章金属材料--3.2合金钢
-3.3铸钢与铸铁
--铸钢与铸铁（1）
--铸钢与铸铁（2）
--铸钢与铸铁（3）
-第3章金属材料--3.3铸钢与铸铁
-3.4有色金属及其合金
-第3章金属材料--3.4有色金属及其合金
-4.1工程塑料
--工程塑料（1）
--工程塑料（2）
-4.2合成纤维
--合成纤维
-4.3合成橡胶
--合成橡胶
-习题--作业
-5.1普通陶瓷
--普通陶瓷（1）
--普通陶瓷（2）
-5.2特种陶瓷
--特种陶瓷
-习题--作业
-6.1复合材料的复合原则
-6.2复合材料的性能特点
-6.3非金属基复合材料
--非金属基复合材料
-6.4金属基复合材料
--金属基复合材料
-第6章复合材料--习题
-7.1电功能与磁功能材料
-7.2热功能与光功能材料
-7.3纳米材料
--纳米材料
-第7章功能材料及新材料--习题
-8.1机械零件的失效
-8.2机械零件失效分析
--机械零件失效分析
-8.3机械零件选材原则
--机械零件选材原则
-第8章零件失效分析与选材原则--习题
-9.1齿轮选材
--齿轮选材
-9.2轴类零件选材
--轴类零件选材
-9.3弹簧选材
--弹簧选材
-9.4刃具选材
--刃具选材
-第9章典型工件的选材及工艺路线设计--习题
-10.1汽车用材
--汽车用材
-10.2热能设备用材
--热能设备用材
-10.3航空航天器用材
-第10章工程材料的应用--习题
-全课总结
--全课总结
-期末考试--试卷
