合金结晶细小晶粒在哪里

A. 简述纯金属的结晶过程

纯金属的结晶过程就是形核和长大过程。形核有均匀形核和不均匀形核两种，形核率跟过冷度有关，过冷度越大形核率越大，晶粒就越细小，一旦形核就开始长大，液态原子往晶核上堆砌就长大了，最终形成一个完整的晶粒。

B. 用哪些方法可使液态金属结晶后获得细晶粒

首先你要知道金属及合金由液态转变为固态的过程称为结晶,并不是所有金属从液态向固态转变都会有晶体形成,注意前提是形成晶体的转变才是结晶,这样我们就可以通过控制温度.变质处理加入一定量的变质剂等方法可以达到目的,汞是如此铜更是如此>同素异晶体转变在材料研究.科研.国防.经济上都有很大的意义,比如石墨到金刚石的转变,不光晶体的结构改变了,他的力学性能也改变了,总之一句话可以使材料的强度.硬度.塑性.韧性等性能得到改变,我知道德就这些了,

C. 合金结晶时怎样获得细小晶粒一共四种方法,是哪四种

加入形核剂或变质剂、机械振动、增加过冷度、搅拌（电磁搅拌或机械搅拌）。

D. 金属的晶体结构

根据原子在物质内部的排列方式，可将固态物质分为两大类：晶体，内部原子呈规则排列的物质。如固态金属；非晶体——内部原子无规则排列的物质。如松香、玻璃等。
金属的晶体结构：是指金属材料内部的原子的排列规律。它决定着材料的显微组织特性和材料的宏观性能。 金属键：金属原子间的结合键称为金属键。（带负电的自由电子与带正电的的金属正离子之间产生静电吸力，使金属原子结合在一起，这就是金属键结合的本质。金属特性：良好的导电性和导热性；强度高；具有塑性；
有固定熔点；各向异性。
金属键模型图，如图所示：
一、晶体结构的基本知识：
（一）基本概念
1、晶胞：晶格中能够代表晶格特征的最小几何单元。
2、晶格参数：晶体学中用来描述晶胞大小与形状的几何参数。包括晶胞的三个棱边长度a、b、c和三个棱边夹角α、β、γ。
3、晶格常数：决定晶胞大小的三个棱长a、b、c。
（二）金属中常见的晶格
1、体心立方晶格：晶格参数 a=b=c；α=β=γ
=90°；立方体八个角上各有一个原子，体心处有一个原子。每个晶胞中原子数为2=1/8×8+1。
属于体心立方晶格的常用金属：α铬、钨、钼、钒、α铁、β钛、铌等。
结构图如图所示：
2、面心立方晶格：晶格参数：a=b=c；α=β=γ=90°；晶胞的八个角上各有一个原子，立方体六个面的面心各有一个原子。每个晶胞中原子数为4=1/8×8+1/2×6
属于面心立方晶格的常用金属：γ铁、铝、铜、镍等。结构图如图所示：

3、密排六方晶格：晶格参数：a=b≠c；α=β=90°、γ=120°；每个晶胞中原子数为：6=1/6×12+1/2×2+3。
属于密排六方晶格的常用金属：镁、锌、铍、α钛、镉等。结构图如图所示：
（三）晶格的致密度
致密度=原子所占的总体积÷晶胞的体积
体心立方晶格的致密度=0.68，计算公式为：
面心立方晶格的致密度=0.74
密排六方晶格的致密度=0.74
（四）晶面指数与晶向指数
晶面：晶体中由物质质点所组成的平面。
晶向：由物质质点所决定的直线。
每一组平行的晶面和晶向都可用一组数字来标定其位向。这组数字分别称为晶面指数和晶向指数。
晶面指数的确定：晶面与三个坐标轴截距的倒数取最小整数，用圆括号表示。如（111）、（112）。
晶向指数的确定：通过坐标原点直线上某一点的坐标，用方括号表示。
晶面族与晶向族
晶面族：晶面指数中各个数字相同但是符号不同或排列顺序不同的所有晶面。这些晶面上的原子排列规律相同，具有相同的原子密度和性质。如{110}=（110）+（101）+（011）+（101）+（110）+（011）
晶向族：原子排列密度完全相同的晶向。如<111>=[111]+[111]+[111]+[111]
（五）晶体的各向异性
在晶体中，由于各个晶面和晶向上原子排列密度不同，使原子间的相互作用力也不相同。因此在同一单晶体内不同晶面和晶向上的性能也是不同的。这种现象称为晶体的各向异性。

晶体分单晶体和多晶体
单晶体：晶体内各处晶格位向一致的晶体。
多晶体：晶体内晶格位向不相同的晶体。
实际金属是多晶体
二、纯金属的实际晶体结构
（一）晶粒与亚晶粒
晶粒——金属晶体中，晶格位向基本一致，并有边界与邻区分开的区域。
晶界——晶粒之间原子排列不规则的区域。
实际金属晶粒大小除取决于金属种类外，主要取决于结晶条件和热处理工艺。
亚晶粒——晶粒内部晶格位向差小于2°、3°的更小的晶块。
亚晶界——亚晶粒间的过渡区。
（二）晶体中的晶体缺陷
晶体缺陷：是指晶体中原子排列不规则的区域。
根据晶体缺陷的几何特点和对原子排列不规则性的影响范围可分为三大类：
1、点缺陷；
2、线缺陷；
3、面缺陷。
1）点缺陷
以一个点为中心，在它周围造成原子排列不规则，产生晶格畸变和内应力的缺陷。点缺陷类型主要有三种：
（1）间隙原子
（2）晶格空位
（3）置换原子
在晶格的结点处出现原子直径不同的异类原子的晶体缺陷。置换原子示意图，如图所示：
☆间隙原子：在晶格的间隙处出现多余原子的晶体缺陷。
☆晶格空位：在晶格的结点处出现缺少原子的晶体缺陷。如图所示：
2）线缺陷
主要是指各种形式的位错。
位错：是指晶体中某一列或若干列原子发
生了有规律的错排现象。位错密度：单位体积内位错线的长度，（cm-2），如图所示：
3）面缺陷
主要是指晶界和亚晶界。它是由于受到其两侧的不同晶格位向的晶粒或亚晶粒的影响而使原子呈不规则排列。
如图所示： 一、基本概念
合金系：是指具有相同组元，而成分比例不同的一系列合金。如各种碳素钢。
相：是指在合金中，凡是化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分隔开来的一个均匀区域。在一个相中可以有多个晶粒，但是一个晶粒中只能是同一个相。
合金中有两类基本的相结构，固溶体和金属化合物。
显微组织：是指在显微镜下看到的相和晶粒的形态、大小和分布。它可以看作是由各个相组成的。
合金的显微组织可以看作是由各个相所组成的，这些相称为合金组织的相组成物；也可以看作是基本组织所组成的，这些基本组织称为合金组织的组织组成物。合金的力学性能不仅取决于它的化学成分，更取决于它的显微组织。
二、合金的相结构
合金的晶体结构：是指合金中各个相的晶体结构，简称相结构。
合金的相结构通常分为两大类：
（一）固溶体；
（二）金属化合物。
（一）固溶体
固溶体：合金结晶成固态时，溶质原子分布在溶剂晶格中形成的一种与溶剂有相同晶格的相。
固溶体与溶剂具有相同晶体结构。
固溶体的类型：1、间隙固溶体 ；2、置换固溶体。
1、间隙固溶体
间隙固溶体： 溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。都是有限固溶体，也是无序固溶体。如图所示：

2、置换固溶体
置换固溶体：溶质原子代替溶剂原子占据着溶剂晶格结点位置而形成的固溶体。置换固溶体可以是有限固溶体也可以是无限固溶体。
如图所示：
有限固溶体:固溶体的溶解度是有限的。
无限固溶体：固溶体的溶解度是无限的。（组成固溶体的两种元素随比例不同可以互为溶质或溶剂。）
形成无限固溶体的必要条件：是溶剂与溶质的晶体结构相同。
无序固溶体:溶质原子的分布是无序的。
有序固溶体:溶质原子的分布是有序的。
固溶体的有序化:无序固溶体向有序固溶体的转变过程。 硬度和脆性增加，塑性下降。
3、影响溶解度的主要因素
溶解度:溶质在固溶体中的极限浓度称为溶质在固溶体中的溶解度。
影响溶解度的主要因素:
1)温度
2)原子直径因素
3)晶体结构因素
4、固溶体的性能
固溶强化：溶入溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。固溶强化是金属材料的一种重要的强化途径。
固溶体的性能：一般来说，固溶体是一个硬度不高、塑性较好的一个相。
（二）金属化合物（中间相）
在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除了形成固溶体外，还将出现新相。
这个新相可能是一种新的固溶体，也可能是一种化合物。如：Fe3C、FeS。
金属化合物:具有金属性质的化合物。（其晶体结构不同于任一组元）
（1）金属化合物的性能
金属化合物性能:一般都具有复杂的晶格结构，熔点高，硬而脆。
金属化合物若以细小的粒状均匀分布在固溶体相的基体上会使合金的强度、硬度进一步提高，这种现象称为第二相弥散强化。
在合金中，金属化合物的多少、形态、大小、分布等对合金的性能有不同的影响。
（2）金属化合物的种类
1、正常价化合物:这类化合物符合正常的原子价规律，成分固定并有严格分子式的金属化合物。
2、电子化合物:这类化合物不遵守原子价规律而服从电子浓度规律。其晶体结构主要取决于电子浓度。
3、间隙化合物:间隙化合物一般是由原子半径较大的过渡族金属元素和原子半径较小的非金属元素组成的化合物。(非金属元素有规则的嵌入金属元素晶格的间隙中）
a)当非金属原子直径与金属原子直径比值小于0.59时，形成简单晶格的间隙化合物，称间隙相.
b)当非金属原子直径与金属原子直径比值大于0.59时，则不能产生间隙相，而形成复杂结构的间隙化合物.
间隙相、复杂结构的间隙化合物、间隙固溶体的区别：
1、晶体结构:间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同；而间隙相和复杂结构的间隙化合物的晶体结构不同于任一组元，间隙相具有简单的晶体结构。
2、性能:间隙固溶体硬度低、塑性好，通常作为基体使用；间隙相和复杂结构的间隙化合物都具有高熔点、高硬度。（尤其是间隙相）通常作为弥散强化相。

E. 细化晶粒的方法有哪些

方法：

（1）在液态金属结晶时，提高冷却速度，增大过冷度，来促进自发形核。晶核数量愈多，则晶粒愈细。

（2）在金属结晶时，有目的地在液态金属中加入某些杂质，做为外来晶核，进行非自发形核，以达到细化晶粒的目的，此方法称为变质处理。这种方法在工业生产中得到了广泛的应用。如铸铁中加入硅、钙等。

（3）在结晶过程中，采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等，也可使晶粒细化。

因为一般地说，在室温下，细晶粒金属具有较高的强度和韧性，所以需要细化晶粒。

(5)合金结晶细小晶粒在哪里扩展阅读：

理想的铸锭组织是铸锭整个截面上具有均匀、细小的等轴晶，这是因为等轴晶各向异性小，加工时变形均匀、性能优异、塑性好，利于铸造及随后的塑性加工。要得到这种组织，通常需要对熔体进行细化处理。

都与过冷度有关，过冷度增加，形核率与长大速度都增加，但两者的增加速度不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率。在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小。

铝及铝合金铸锭生产中增加过冷度的方法主要有降低铸造速度、提高液态金属的冷却速度、降低浇注温度等。

但是，如果没有较多的游离晶粒的存在，增加激冷作用反而不利于细晶粒区的形成和扩大。

动态晶粒细化就是对凝固的金属进行振动和搅动，一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，增加晶核数目。当前已采取的方法有机械搅拌、电磁搅拌、音频振动及超声波振动等。

利用机械或电磁感应法搅动液穴中熔体，增加了熔体与冷凝壳的热交换，液穴中熔体温度降低，过冷带增大，破碎了结晶前沿的骨架，出现了大量可作为结晶核的枝晶碎块，从而使晶粒细化。

1.晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥皂泡相似的三维阵列。

2.晶粒边界如果都具有基本上相同的表面张力，晶粒呈正六边形。

3.在晶界上的第二类夹杂物（杂质或气泡）,如果它们在烧结温度下不与主晶相形成液相,则将阻碍晶界移动。

在烧结体内晶界移动有以下七种方式： 气孔靠晶格扩散移动； 气孔靠表面扩散移动； 气孔靠气相传递； 气孔靠晶格扩散聚合； 气孔靠晶界扩散聚合； 单相晶界本征迁移； 存在杂质牵制晶界移动。

F. 根据凝固理论，细化晶粒的基本途径有哪些

1、改变结晶过程中的凝固条件，尽量增加冷却速度，另一方面调节合金成分以提高液体金属过冷能力，使形核率增加，进而获得细化的初生晶粒。

2、进行塑性变形时严格控制随后的回复和再结晶过程以获得细小的晶粒组织。

3、利用固溶体的过饱和分解或粉末烧结等方法，在合金中产生弥散分布的第二相以控制基体组织的晶粒长大。

4、通过同素异形转变的多次反复快速加热冷却的热循环处理来细化晶粒。

5、机械振动、超声波振动和电磁振动。

细化晶粒与冷度的关系：

都与过冷度有关，过冷度增加，形核率与长大速度都增加，但两者的增加速度不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率。在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小。

铝及铝合金铸锭生产中增加过冷度的方法主要有降低铸造速度、提高液态金属的冷却速度、降低浇注温度等。但是，如果没有较多的游离晶粒的存在，增加激冷作用反而不利于细晶粒区的形成和扩大。

G. 怎样获得细晶粒组织

要获得细晶粒组织有以下几种方法：
1.外加形核物质，变质剂，孕育剂，中间合金等（如陶瓷颗粒，稀土元素）
2.外加场作用（如，电磁搅拌，超神波处理）
3.固态成型工艺（如等径角道挤压(ECAE)和大比率挤压,热锻等）
4.快速冷却技术
细晶粒钢又名本质细晶粒钢，是金属材料通过一些热处理方法细化晶粒使其本质晶粒度达到5至8级，从而提高其机械性能的钢材。本质晶粒度是指钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向，在930±10℃保温3～8h后测定奥氏体晶粒。
当钢中加入合金元素；铬、钼、钛、钨、钒等，将使晶粒长大的倾向大大减少，即降低钢的过热敏感性。但本质细晶粒钢，当加热到所谓组织晶粒长大的合金元素及其碳化物一旦溶于奥氏体的温度时，一般在950℃以上，并且常时间保温，其晶粒便开始急剧长大。

用途
细晶粒钢用于石油化工、煤转化、核电、汽轮机缸体、火电等使用条件苛刻、腐蚀介质复杂的大型设备，如：水洗塔、第二变换炉、焦炭塔、脱硫槽、转化气余热锅炉、甲烷化炉、反应器、再生器、加氢反应器、甲烷化加热器、转化气蒸汽发生器。

H. 纯金属结晶与合金结晶有什么异同

金属的结晶熔化凝固结晶金属由液态转变为固态的过程。结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔点金属的结晶金属的结晶 ?? 物质从液态到固态的转变过程。若凝固后的物质为晶体，则称之为结晶。金属及其合金都是晶体，所以它们的凝固过程就是结晶。 ?? 凝固过程影响后续工艺性能、使用性能和寿命。 ?? 凝固是相变过程，可为其它相变的研究提供基础。 ?? 金属冶炼、铸造、焊接工艺过程就是结晶过程。第一节 结晶的基本规律一、液态金属的结构结构：长程有序而短程有序。特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较小、原子排列较混乱。冷却曲线 结晶潜热 结晶温度过冷结晶潜热第一节 结晶的基本规律二、、过冷现象（1）过冷：金属的实际结晶温度总是低于其理论结晶温度的现象。（2）过冷度：金属材料的理论结晶温度(Tm) 与其实 际 结 晶 温 度 T o 之 差 △T=T m -T o 注：过冷是结晶的必要条件，结晶过程总是在一定的过冷度下进行。第一节 结晶的基本规律三、结晶过程（1）结晶的基本过程：形核－长大。（见示意图）（2）描述结晶进程的两个参数形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。长大速度：晶核生长过程中，液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离。用G表示。形核长大形成多晶体两个过程重叠交织第二节 结晶的基本条件 1 热力学条件（1）G-T曲线（图3－4） a 是下降曲线：由G-T函数的一次导数（负）确定。 dG/dT=-S b 是上凸曲线：由二次导数（负）确定。 d 2 G/d 2 T=-C p /T c 液相曲线斜率大于固相：由一次导数大小确定。二曲线相交于一点，即材料的熔点。第二节 结晶的基本条件 1 热力学条件（2）热力学条件 △Gv=－L m △T/T m a △T>0, △Gv<0－过冷是结晶的必要条件（之一）。 b △T越大, △Gv越小－过冷度越大，越有利于结晶。 c △Gv的绝对值为凝固过程的驱动力。第二节 结晶的基本条件 2 结构条件（1）液态结构模型微晶无序模型拓扑无序模型（2）结构起伏（相起伏）：液态材料中出现的短程有序原子集团的时隐时现现象。是结晶的必要条件（之二）。出现几率结构起伏大小第三节 晶核的形成均匀形核：新相晶核在遍及母相的整个体积内无轨则均匀形成。非均匀形核：新相晶核依附于其它物质择优形成。 1 均匀形核（1）晶胚形成时的能量变化 △G＝V△Gv+σS =(4/3)πr 3 △Gv+4πr 2 σ 第三节 晶核的形成 1 均匀形核〔2〕临界晶核 d△G/dr=0 r k =-2σ/△Gv 临界晶核：半径为r k 的晶胚。（3〕临界过冷度 r k =-2σTm/Lm△T 临界过冷度：形成临界晶核时的过冷度。 △T k . △T≥△T k 是结晶的必要条件。第三节 晶核的形成 1 均匀形核（4）形核功与能量起伏 △G k ＝S k σ/3 临界形核功：形成临界晶核时需额外对形核所做的功。能量起伏：系统中微小区域的能量偏离平均能量水平而高低不一的现象。（是结晶的必要条件之三）。第三节 晶核的形成 1 均匀形核（5）形核率与过冷度的关系 N=N 1 .N 2 由于N受N 1 .N 2 两个因素控制，形核率与过冷度之间是呈抛物线的关系。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（1）模型：外来物质为一平面，固相晶胚为一球冠。（2）自由能变化：表达式与均匀形核相同。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（3）临界形核功计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系 σ lw =σsw+σ sl cosθ计算能量变化和临界形核功。 △G k非 /△G k =(2-3cosθ+cos 3 θ)/4 a θ=0时，△G k非＝0，杂质本身即为晶核； b 180>θ>0时, △G k非 <△G k , 杂质促进形核； cθ=180时，△G k非＝△G k ，杂质不起作用。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（4）影响非均匀形核的因素 a 过冷度：（N-△T曲线有一下降过程）。（图3－16） b 外来物质表面结构：θ越小越有利。点阵匹配原理：结构相似，点阵常数相近。 c 外来物质表面形貌：表面下凹有利。（图3－17）第四节 晶核的长大 1 晶核长大的条件（1）动态过冷动态过冷度：晶核长大所需的界面过冷度。（是材料凝固的必要条件）（2）足够的温度（3）合适的晶核表面结构。第四节 晶核的长大 2 液固界面微结构与晶体长大机制粗糙界面（微观粗糙、宏观平整－金属或合金的界面）：垂直长大。光滑界面（微观光滑、宏观粗糙－无机化合物或亚金属材料的界面）：横向长大：二维晶核长大、依靠缺陷长大。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 3 液体中温度梯度与晶体的长大形态（1）正温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越高）粗糙界面：平面状。光滑界面：台阶状。（2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低）粗糙界面：树枝状。光滑界面：树枝状－多面体—台阶状。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 (1)平面长大 ?? 当冷却速度较慢时，金属晶体以其表面向前平行推移的方式长大。晶体长大时，不同晶面的垂直方向上的长大速度不同。沿密排面的垂直方向上的长大速度最慢，而非密排面的垂直方向上的长大速度较快。平面长大的结果，晶体获得表面为密排面的规则形状。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 (2)树枝状长大 ?? 当冷却速度较快时，晶体的棱角和棱边的散热条件比面上的优越，因而长大较快，成为伸入到液体中的晶枝。优先形成的晶枝称一次晶轴，在一次晶轴增长和变粗的同时，在其侧面生出新的晶枝，即二次晶轴。其后又生成三次晶轴、四次晶轴。结晶后得到具有树枝状的晶体。 ?? 实际金属结晶时，晶体多以树枝状长大方式长大。第四节 晶核的长大第五节凝固理论的应用 ?? 金属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。一个晶粒是由一个晶核长成的晶体，实际金属的晶粒在显微镜下呈颗粒状。 ?? 在一般情况下, 晶粒越小, 则金属的强度, 塑性和韧性越好。工程上使晶粒细化, 是提高金属机械性能的重要途径之一。这种方法称为细晶强化。 ?? 细化铸态金属晶粒有以下措施。第五节凝固理论的应用 1、增加过冷度一定体积的液态金属中，若形核率N(单位时间单位体积形成的晶核数,个/m 3 ·s)越大，则结晶后的晶粒越多， 晶粒就越细小； 晶体长大速度G(单位时间晶体长大的长度, m/s)越快，则晶粒越粗。 ?? 随着过冷度的增加, 形核速率和长大速度均会增大。但前者的增大更快，因而比值N/G也增大, 结果使晶粒细化。第五节 凝固理论的应用第五节凝固理论的应用 ?? 增大过冷度的主要办法是提高液态金属的冷却速度，采用冷却能力较强的模子。例如采用金属型铸模，比采用砂型铸模获得的铸件晶粒要细小。第五节凝固理论的应用 2. 变质处理 ?? 变质处理就是在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织。 ?? 例如，在铝合金液体中加入钛、锆；钢水中加入钛、钒、铝等。第五节凝固理论的应用 3. 振动在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法，可以破碎正在生长中的树枝状晶体，形成更多的结晶核心，获得细小的晶粒。 4. 电磁搅拌将正在结晶的金属置于一个交变电磁场中，由于电磁感应现象，液态金属会翻滚起来，冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝，增加结晶核心，从而可细化晶粒。第五节凝固理论的应用二、单晶体制备 1、意义：单晶是电子元件和激光元件的重要原料。金属单晶也开始应用于某些特殊场合如喷气发动机叶片等。 2、基本原理：根据结晶理论，制备单晶的基本要求是液体结晶时只存在一个晶核，要严格防止另外形核。 3、制备方法：尖端形核法和垂直提拉法。第五节凝固理论的应用三、定向凝固技术（1）原理：单一方向散热获得柱状晶。（2）制备方法。第五节凝固理论的应用四、急冷凝固技术超高速急冷技术可获得超细化晶粒的金属、亚稳态结构的金属和非晶态结构的金属。非晶态金属具有特别高的强度和韧性、优异的软磁性能、高的电阻率、良好的抗蚀性等。（1）非晶金属与合金 （2）微晶合金。（3）准晶合金。 ?? 一、相图的意义及相关概念 ?? 二、二元合金状态图的建立 ?? 三、平衡相组成的分析 ?? 四、二元状态图的基本类型分析一、相图的意义及相关概念 ?? 相图的意义 ?? 相关概念 ??组元 ??合金系 ??相图二、二元合金状态图的建立 ?? 目前，合金状态图主要是通过实验测定的，且测定合金状态图的方法很多，但应用最多的是热分析法。 ?? 以Cu—Ni合金相图测定为例，说明热分析法的应用及步骤： ?? （1）配制不同成分的合金试样，如Ⅰ纯铜； Ⅱ75%Cu+25%Ni；Ⅲ50%Cu+50%Ni；合金Ⅳ 25%Cu+75%Ni；Ⅴ：纯Ni。 ?? （2）测定各组试样合金的冷却曲线并确定其相变临界点； ?? （3）将各临界点绘在温度—合金成分坐标图上； ?? （4）将图中具有相同含义的临界点连接起来，即得到Cu、 Ni合金相图。用热分析法测定Cu、Ni相图 ?? a）冷却曲线 b）相图三、平衡相组成的分析 ?? 1．平衡相成分的确定 ?? 2．平衡相相对重量的确定：（杠杆定律）平衡相成分分析示意图平衡相相对重量的确定（杠杆定律） mn mk m n m X M ?? ?? ?? ?? ' ' ' ?? mn kn m n X n M L ?? ?? ?? ?? ' ' ' 四、二元状态图的基本类型分析 ?? 1.二元匀晶相图 ?? 2.二元共晶相图 ?? 3.二元包晶相图 ?? 4.形成稳定化合物的相图 ?? 5.具有共析转变的相图 ?? 6.合金的性能与相图的关系 1.二元匀晶相图 1．相图的组成及特征 2．合金平衡结晶过程及组织 3．枝晶偏析及其消除 Cu-Ni二元均晶相图 Cu-Ni合金枝晶偏析示意图枝晶偏析及其消除 ?? 由于实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分。扩散过程总是落后于结晶过程，合金结晶是在非平衡的条件下进行的。这使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，合金的熔点较高，构成晶体的树枝状骨架，后结晶出的部分含高熔点组元较少，熔点较低，填充于枝间。 ?? 这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析或称晶内偏析。 ?? 出现枝晶偏析后，使合金材料的机械性能、耐蚀性能和加工工艺性能变坏。 ?? 出现枝晶偏析后，可通过扩散退火予以消除。一般采用将铸件加热到低于固相线100～200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分扩散，成分均匀化。 2.二元共晶相图 1．相图的组成分析 2．典型合金平衡结晶过程分析二元共晶相图 1．相图的组成分析 ?? 共晶相图中有三个单相区：液相区L，固相 α和β相区； ?? 三个两相区：L+α区，L+β区，α+β区； ?? 一个三相共存点：C点共晶合金结晶过程示意图亚共晶合金结晶过程示意图 2点温度( 结束时) 点以下 L α L 1～2之间 L α 接近2点 α α+β α+β α β11 合金Ⅳ的结晶过程示意图点以上 1-2之间 2-3之间 3以下 L α α L α βⅡ 3.二元包晶相图 1．相图的组成分析 2．典型合金平衡结晶过程分析二元包晶相图 1．相图的组成分析 ?? 在二元包晶相同中，有三个单相区：液相区L、固相区α和β相区； 三个两相区：L+α、L+β、α+β； ?? 一个三相共存点：e点（L、α、β共存）合金I结晶过程示意图合金Ⅱ结晶过程示意图合金Ⅲ结晶过程示意图 4.形成稳定化合物的相图 ?? 合金系中两组元之间还可能形成稳定的金属化合物，其组成可用通式AmBn表示，它具有固定的成分和一定的熔点，可把它看成独立的组元。它的分析可作为两个简单相图进行。 5.具有共析转变的相图共析转变 ?? 共析转变属于固态相变的一种类型。和共晶反应一样是由一个相分解为两个相的三相平衡等温转变。共析转变的特点是：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相。其反应式可表达为：反应产物和的相对重量有一固定的比例： ?? 由于共析反应是在固态下进行的，其原子扩散条件很差，晶核成长速度很小，所以共析转变物的组织是比较细密的两相相间的机械混合物。 5. （1）合金的使用性能与相图的关系 ?? 由图可见，当合金形成单相固溶体时，随溶质溶入量的增加，合金的硬度、强度升高，而电导率降低，呈透镜形曲线变化，在合金性能与成分的关系曲线上有一极大值或极小值。当合金形成两相混合物时，其性能是两相性能值的算术平均值。随着成分的变化，合金的强度、硬度、导电率等性能在两组成相的性能间呈线性变化，对于共晶成分或共析成分的合金，其性能还与两组成相的致密程度有关，组织愈细，性能愈好。当合金形成稳定化合物时，在化合物处性能出现极大值或极小值。（2）合金工艺性能与相图的关系 ?? 合金的工艺性能与相图也有密切的联系。如铸造性能（包括流动性、缩孔分布、偏析大小）与相图中液相线和固相线之间的距离密切相关。相图中液相线与固相线的距离愈宽，形成枝晶偏析的倾向越大，同时先结晶出的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，则流动性愈差，分散缩孔愈多。 ?? 固溶体中溶质含量越高，铸造性能愈差；共晶成分的合金铸造性能最好，即流动性好，分散缩孔少，偏析程度小，所以铸造合金的成分常选共晶成分或接近共晶成分。又如压力加工性能好的合金是单相固溶体。因为固溶体的塑性变形能力大，变形均匀；而两相混合物的塑性变形能力差。再如相图中的单相合金不能进行热处理，只有相图中存在同素异构转变、共析转变、固溶度变化的合金才能进行热处理。

I. 怎样细化晶粒

细化晶粒的基本做法是：在晶粒的形成过程中增加形核率与减小晶粒的长大速度来现实，如晶粒已成形，设法打碎原来的粗大晶粒。因而可考虑以下方法：
1.适当加大过冷度（可适当增加冷却速度来现实，但不能过快）；
2.加入形核剂，如加入钛、铌、铬等等以增加形核率；
3.振动处理：可采用机械振动，超声波振动来细化晶粒（类似于把原来已形成的粗大枝晶打碎）；
4.通过热处理：以钢为例，将钢进行加热奥氏体化（具体的加热温度由材料的化学成份而定），奥氏化化刚完成时得到细小晶粒（注意不能保温过长时间，以防其又变成粗大晶粒，保温时间可从工件材料、加热炉效率、工件截面等方面进行估算），之后以适当的速度冷却。即可通过退火、正火等方式进行。
由于不知你是在哪种情况之下考虑细化晶粒，可能针对性不强。