页数：76页文件大小：14.39 MB来源： 机械工程材料ppt课件
本课件讲解结晶与显微组织的形成规律，先区分凝固与结晶两个概念，再展开纯金属结晶的热力学与动力学条件、形核方式与晶粒细化方法，继而讲解匀晶、共晶、包晶三类二元相图与杠杆定律、枝晶偏析，最后系统分析铁碳相图特征点线、七类典型铁碳合金的结晶过程与铸锭三晶区及缺陷。
机械工程材料：第二章“结晶与显微组织”课件，从纯金属结晶讲到铸锭组织。
主要内容：本课程按下列章节展开。
本页为物质凝固时体积与内能随温度变化示意图，对比过冷液体在快冷条件下形成玻璃（非晶态）与慢冷条件下结晶（晶体）的不同路径，并标出玻璃转变温度 Tg 与熔点 Tm。建议对照原课件图片核校各特征点。
第二章 结晶与显微组织小节目录：
2.1 纯金属的结晶与组织：结晶过程的试验验证方法包括热分析方法（差热分析、热膨胀分析）、电阻分析法、金相分析法。本页给出差热冷却曲线测量原理图。
结晶热力学：液固两相 ΔH 为焓变、ΔS 为熵变、ΔG 为自由能变化、ΔU 为内能变化、Lm 为结晶热。ΔG = ΔH − TΔS；当 T = Tm 时，ΔGv = 0；结晶为放热过程，Lm < 0，ΔT > 0，故 ΔGv < 0。自由能变化小于0是结晶进行的驱动力。
原页公式为图片形式，符号与下标提取后粘连，此处按结晶热力学的标准表达整理，具体数值请以原课件图片为准。
结晶动力学条件：无序液体→有序固体晶体，热力学自由能下降是结晶的前提。
纯金属的结晶过程：形核和长大——能量起伏、相起伏产生晶胚，晶胚长大形成晶核，晶核继续长大，最终由过冷液态金属转变为多晶体。
金属结晶微观过程：形核与长大形成多晶体，两个过程重叠交织进行。
均匀形核的临界晶核：过冷结晶时自由能变化 ΔG = −VΔGv（体相）+ σS（表面）；形成临界晶核时 dΔG = 0，临界晶核半径 rk = 2σTm/(Lm·ΔT)，形核功 ΔGk = 16πσ3Tm2/(3Lm2ΔT2)。只有当晶胚尺寸大于临界尺寸时，结晶长大过程才能继续。
原页公式为图片形式，符号与下标提取后粘连，此处按均匀形核经典理论的常用形式整理。
非均匀形核率决定因素：
本页为晶体生长的界面形态示意图，对比粗糙界面与树枝状生长两种形态。
本页为形核率与生长速度随过冷度变化的关系曲线，说明两者在不同过冷度区间的消长规律。建议对照原课件图片核校曲线走势。
结晶晶粒大小的控制——获得细晶粒的主要方法：
第二章 结晶与显微组织小节目录：2.1 纯金属的结晶与组织、2.2 二元合金相图与合金组织、2.3 铁碳相图、2.4 铸锭（件）的组织与缺陷。本页为进入2.2前的导览页。
作用：
相图的测绘方法：热分析方法：
本页为匀晶相图测绘过程示意图，展示由一系列成分合金的冷却曲线拐点连出液相线与固相线。建议对照原课件图片核校。
匀晶合金冷却曲线的特点：开始结晶转变温度和最终结晶完成温度不同，结晶为变温转变过程；合金结晶温度（起始温度和终了温度）随成分变化。
匀晶合金相图分析：结晶起始转变线定义为液相线，终了转变线为固相线；液相线和固相线经两个组元的熔点处封闭，将相图分为三个相区——液相线以上为单一液相区（L），固相线以下为单一固相区（α），中间为固—液双相区（L+α）。二元相图中，相邻相区的相数差为1。
匀晶相图与合金组织：结晶的微观过程是形核与长大交替进行，整个结晶发生在一定的结晶温度区间内。
与纯金属结晶相比，二元合金平衡结晶过程的特点：
匀晶合金平衡结晶过程：
杠杆定律：用于确定平衡的两相相对含量。二元合金中溶质成分为 C，平衡的两相 L 和 α 含量分别为 ωL 和 ωα，成份分别为 CL 和 Cα，则有：
原页公式为图片标注，提取后符号与下标粘连，此处按杠杆定律的标准算式整理。
杠杆定律：上述平衡两相的相对含量计算公式类似于力学杠杆原理——合金的平均成分为杠杆支点，平衡两相的相对含量为“力”，相图中相对应的成分差为“杠杆长度”。
匀晶合金非平衡结晶过程：
枝晶偏析影响因素：原子扩散、冷却速度、合金相图的特点。以低于固相线100～200℃温度长期加热的扩散退火可消除成分偏析。
以 Pb-Sn 合金为例：
本页为二元共晶相图分析中合金I的结晶过程示意，展示液相冷却后先析出初晶α、再于共晶温度发生共晶反应的过程。建议对照原课件图片核校组织标注。
本页为二元共晶相图分析中合金II的结晶过程示意，展示其在共晶反应前后的组织变化。建议对照原课件图片核校组织标注。
本页为二元共晶相图分析中合金III的结晶过程示意，展示液相先析出初晶β、再发生共晶反应的过程。建议对照原课件图片核校组织标注。
以 Pt-Ag 合金为例：
复杂二元相图分析：复杂二元相图可看作三类基本相图的组合（如 Fe-C 相图）。二元相图与合金性能：
第二章 结晶与显微组织小节目录：2.1 纯金属的结晶与组织、2.2 二元合金相图与合金组织、2.3 铁碳相图、2.4 铸锭（件）的组织与缺陷。本页为进入2.3前的导览页。
铁碳合金的组元及基本相：
铁碳合金的组元及基本相（要点页）：纯铁高熔点、有同素异构转变；碳有多种同素异构状态；渗碳体 Fe3C 硬而脆、低温有磁性、不能单独应用。本页与上一页为同组内容的分解展示。
本页为 Fe-C 相图整版图示，源文件仅提取到节名与页码，各特征点与温度标注建议对照原课件图片核对。
Fe-C 相图分析：
需指出的合金成分区间：亚共晶合金、过共晶合金、亚共析合金、过共析合金。
本页为 Fe-C 合金相图分析图，标注了各典型合金成分线位置。源文件仅提取到标题与页码，建议对照原课件图片核校。
本页为典型 Fe-C 合金结晶过程分析的综合相图，标出七类典型合金的成分线及 L、L+A、A、A+F、F+P 等相区。
原页成分线与组织组成物标注为图片内文字，提取后数字与符号严重粘连，此处不还原具体数值，请以原课件图片为准。
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：按下表七类合金展开。
| 序号 | 合金类别 | 含碳量 |
|---|---|---|
| ① | 工业纯铁 | 0.01% |
| ② | 共析钢 | 0.77% |
| ③ | 亚共析钢 | 0.40% |
| ④ | 过共析钢 | 1.2% |
| ⑤ | 共晶白口铁 | 4.3% |
| ⑥ | 亚共晶白口铁 | 3.0% |
| ⑦ | 过共晶白口铁 | 5.0% |
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：1. 含碳0.01%的工业纯铁冷却曲线与结晶过程——液态冷却后依次进入 L+δ、δ、δ+γ（A）、γ（A）、A+F、F 等区间，室温组织为铁素体。
本页为含碳0.01%工业纯铁的金相照片，室温组织为铁素体晶粒。
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：2. 含碳0.77%的共析钢冷却曲线与结晶过程——奥氏体冷却至727℃发生共析反应，全部转变为珠光体。
本页为含碳0.77%共析钢的珠光体转变示意图，展示奥氏体向铁素体与渗碳体层片混合物转变的过程。
本页为含碳0.77%共析钢的金相照片（彩色），呈现典型的层片状珠光体组织。
本页为含碳0.77%共析钢在不同放大倍数下的金相照片，对比珠光体层片的细节形貌。
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：3. 亚共析钢结晶冷却曲线与结晶过程——奥氏体冷却先析出先共析铁素体，剩余奥氏体在727℃转变为珠光体，室温组织为铁素体+珠光体。
本页为亚共析钢的转变示意图，展示先共析铁素体沿奥氏体晶界析出及随后珠光体形成的过程。
本页为亚共析钢的彩色金相照片，白色为铁素体、深色为珠光体。
本页为不同含碳量亚共析钢的金相照片对比，含碳量越高珠光体比例越大、铁素体越少。
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：4. 过共析钢冷却曲线与结晶过程——奥氏体冷却先沿晶界析出二次渗碳体，剩余奥氏体在727℃转变为珠光体，室温组织为珠光体+二次渗碳体。
本页为过共析钢的转变示意图，展示二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出的过程。
本页为过共析钢的彩色金相照片，呈现珠光体基体与沿晶界分布的网状二次渗碳体。
本页为过共析钢在不同腐蚀剂下的金相照片，对比二次渗碳体与珠光体的显示差异。
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：钢含碳量不同时平衡室温组织如下。
| 含碳量 | 室温组织 | 放大倍数 |
|---|---|---|
| 0.01%C | 铁素体 | 500× |
| 0.45%C | 铁素体 + 珠光体 | 500× |
| 0.77%C | 珠光体 | 500× |
| 1.2%C | 珠光体 + 二次渗碳体 | 500× |
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：铸铁的结晶过程——本页为根据相图原理的练习页，要求自行分析共晶、亚共晶与过共晶白口铁的结晶过程与室温组织。
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：5. 共晶白口铁（含碳4.3%）的结晶过程与室温组织金相——液相在1148℃发生共晶反应转变为莱氏体 Ld，室温组织为低温莱氏体 Ld'。
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：6. 亚共晶白口铁（含碳3.0%）的结晶过程与室温组织金相——液相先析出初晶奥氏体，残余液相在1148℃发生共晶反应，室温组织为 Ld' + 二次渗碳体 + 珠光体。
典型 Fe-C 合金结晶过程分析：7. 过共晶白口铁（含碳5.0%）的结晶过程与室温组织金相——液相先析出一次渗碳体，残余液相在1148℃发生共晶反应，室温组织为 Ld' + 一次渗碳体。
含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响：随含碳量增加，组织组成物依次经历 L、L+A、A、A+F、F+P、P、P+Fe3CII、P+Fe3CII+Ld'、Ld'、Ld'+Fe3CI 的演变。
原页组织组成物均为图片内标注，提取后符号粘连，此处按铁碳相图标准序列整理，请以原课件图片为准。
本页为铁碳合金平衡组织图示，源文件仅提取到标题与页码，建议对照原课件图片补充各含碳量对应的组织说明。
含碳量对铁碳合金平衡组织的影响：Fe-C 合金的相组成均为 α + Fe3C；钢的组织组成依次为 F+P → P → P+Fe3CII；铸铁的组织组成依次为 P+Fe3CII+Ld' → Ld' → Ld'+Fe3CI。
原页标注为图片内文字，提取后符号粘连，此处按标准组织组成序列整理。
含碳量对铁碳合金力学性能的影响：
第二章 结晶与显微组织小节目录：2.1 纯金属的结晶与组织、2.2 二元合金相图与合金组织、2.3 铁碳相图、2.4 铸锭（件）的组织与缺陷。本页为进入2.4前的导览页。
2.4 铸锭（件）的组织与缺陷：铸锭（件）三晶区的形成——表层细等轴晶区、中部柱状晶区与心部粗等轴晶区。建议对照原课件图片核校各区名称。
铸锭缺陷：缩孔、气孔、偏析。
本页为铸锭缺陷的配图页，源文件仅提取到节名与页码，建议对照原课件图片补充缺陷类型与成因说明。
本页为铸锭（件）组织的配图页，源文件仅提取到节名与页码，建议对照原课件图片补充组织说明。
本页为钢锭的组织特征对比，并列镇静钢与沸腾钢两种钢锭的组织特点。建议对照原课件图片核校。
下载地址：{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}