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1、3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 常见匀晶合金常见匀晶合金 Cu-Ni, Ag-Au, Cr-Mo, Cd-Mg, Fe-Ni, Mo-W NiO-MgO, Al2O3- Cr2O3 在液态和固态下两组元均能完全无限互溶在液态和固态下两组元均能完全无限互溶 3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 平衡结晶过程平衡结晶过程 相图分析相图分析 t1 温度开始结晶，尚无晶相 t2 温度通过扩散达到平衡 t3 温度结晶结束 结晶过程：形核和长大结晶过程：形核和长大 形核方式：均匀形核和非均匀形核 形核条件：结构起伏能量起伏 形核方式：均匀形核和非均匀形核 形核条件：结构起伏能量起伏成分起伏成分起伏 差异：差异：
2、1 异分结晶结晶时结晶出的固相与液相成分 不同，也称为选择性结晶。 异分结晶结晶时结晶出的固相与液相成分 不同，也称为选择性结晶。 2变温结晶固溶体合金的结晶需要在一定温 度范围内进行。 变温结晶固溶体合金的结晶需要在一定温 度范围内进行。 平衡分配系数在一定温度下，固液两平衡相溶质浓 度之比值，用 平衡分配系数在一定温度下，固液两平衡相溶质浓 度之比值，用k0表示表示 始终有溶质和溶剂原子的扩散过程始终有溶质和溶剂原子的扩散过程 易于形成树枝状易于形成树枝状 3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 One method to improve the fracture toughness of a c
3、eramic material is to reinforce the ceramic matrix with ceramic fibers. A materials designer has suggested that Al2O3could be reinforced with 25% Cr2O3fibers, which would interfere with the propagation of any cracks in the aluminia. The resulting composite is expected to operate under load at 2000 f
4、or several months. Criticize the appropriateness of this design. Design of a Composite Material You need to produce a Cu-Ni alloy having a minimum yield strength of 20000psi, a minimum tensile strength of 60000psi, and a minimum elongation of 20%. You have in your inventory a Cu-20%Ni alloy and lots
5、 of pure nickel. Design a method for producing 10kg castings having the required properties. Design of a Melting Procedure for a Casting Cu-90%Ni or Cu-33% to 60% Ni 加热到加热到1250 3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 匀晶结晶有下列特点：匀晶结晶有下列特点： 1）与纯金属一样，固溶体从液相中结晶 出来的过程中，也包括有生核与长大两个过 程，但固溶体更趋向于树枝状长大。 ）与纯金属一样，固溶体从液相中结晶 出来的过程中，也包括有生
6、核与长大两个过 程，但固溶体更趋向于树枝状长大。 2）固溶体结晶是在一个温度区间内进行， 即为一个变温结晶过程。 ）固溶体结晶是在一个温度区间内进行， 即为一个变温结晶过程。 3）在两相区内，温度一定时，两相的成分 （即 ）在两相区内，温度一定时，两相的成分 （即Ni含量）是确定的。含量）是确定的。 匀晶结晶有下列特点：匀晶结晶有下列特点： 4）在两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定 的，由杠杆定律可算出在 ）在两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定 的，由杠杆定律可算出在T时液相和固相在合金中的质 量分数（ 运用杠杆定律时要注意，它只适用于相图中 的两相区，并且只能在平衡状态下使用。杠
7、杆的两个 端点为给定温度时两相的成分点，而支点为合金的成 分点。） 时液相和固相在合金中的质 量分数（ 运用杠杆定律时要注意，它只适用于相图中 的两相区，并且只能在平衡状态下使用。杠杆的两个 端点为给定温度时两相的成分点，而支点为合金的成 分点。） 3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 匀晶结晶有下列特点：匀晶结晶有下列特点： 5）固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子 扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。一 个晶粒中先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后 结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多，结果造成在一 个晶粒内化学成分的分布不均，这种现象称为枝晶偏 析。消除枝晶偏析的方法采用扩散退火
8、。 ）固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子 扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。一 个晶粒中先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后 结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多，结果造成在一 个晶粒内化学成分的分布不均，这种现象称为枝晶偏 析。消除枝晶偏析的方法采用扩散退火。 3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 不平衡结晶不平衡结晶 晶内偏析 枝晶偏析 影响因素：K0;原子 扩散；冷却速度 检验和消除方法检验和消除方法 成分过冷 0 00 1 k k D mC R G 扩散系数。 平衡分配系数； 合金溶质浓度； 液相线斜率； 速率；结晶凝固 度；液固界面前沿温度场梯 D k C m R G 0 0 )( 晶体生长形状 平面长大 树枝状长大 胞状长大 建立相图的试验方法：建立相图的试验方法：