第三章 金属的结晶与二元合金相图
目的：掌握有关结晶的基本概念。通过相图分析，熟悉相图与合金性能之间的对应关系，建立成分—组织—性能的思维概念，为后续学习打下理论基础。
要求：1、对结晶过程建立初步概念。
2、弄清组元、相、组织、相组成物、组织组成物等基本概念；
3、掌握匀晶和共晶相图，并会分析典型合金的结晶过程；会用杠杆定律；建立起偏析的概念；了解其它类型的相图。
4、掌握相图与性能的关系，重点是工艺性能、曲线和示意图中极值点和特殊点的意义。
重点：结晶条件、结晶过程及细化晶粒的基本方法。匀晶和共晶相图；相图与性能的关系。
难点：组织和相的关系与区别；初生相和次生相的异同。
§3-1 金属的结晶
一、纯金属的冷却曲线和过冷现象
纯金属的结晶具有“平衡结晶温度”，高于该温度发生熔化，低于该温度发生结晶。在平衡结晶温度时，液体、晶体并存，处于可逆平衡。从热力学（自由能）角度加以解释：过程自发进行方向是自由能降低的方向，结晶时，必须使自由能降低，即△G=GS-GL＜0。低于Tm时，GS＜GL，L→S，能量降低，可能发生结晶。要使L→S，必须使温度＜Tm，使△G＜0，具有一定的结晶驱动力。
1． 过冷：金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度的现象。
2． 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之间的温度差。
过冷度（热力学条件）是结晶的必要条件。结晶还需要动力学条件：原子扩散，成分起伏，结构起伏。
二、金属的结晶过程
1、晶核的形成
1） 自发形核：液态金属中，在许多微小区域内存在与固态金属中的原子排列近似的原子集团——晶胚。但热运动激烈，不稳定，时聚时散。当T＜Tm，具有较大尺寸的晶胚进一步长大，形成晶核——晶核的形成过程。
2） 非自发形核：
2、晶核的长大 1）平面生长方式：
2）树枝状生长方式：晶核长大初期，由于其内部原子排列规则，其外形较规则。随着晶核长大，晶体棱角形成，棱角处的散热条件优于其它部位，优先长大，如树枝先长出树干（晶轴），再长出分枝，最终填满晶间，形成枝状晶——晶核的长大过程。由于液态金属的流动，晶轴本身的重力作用和彼此碰撞，杂质元素的影响，使晶轴发生转动、偏斜、折断，造成晶粒中的亚晶界和位错等各种缺陷。
28 第三章 合金的结构与二元状态图
【重点内容】1.合金中相的类型：固溶体、化合物；
2. 二元合金相图的基本概念：相、组织、组元、相图、合金、合金系等；
3. 二元合金相图的分析方法，熟悉几种最基本的二元合金相
图；
4. 杠杆定律及其应用；
5.固溶强化、弥散强化的定义。
【本章难点】固溶体和金属间化合物的概念、固溶体的分类、二元合金相图的分析方法及杠杆定律的应用。
【基本要求】1.掌握合金相结构的基本类型；
2.熟悉状态图的建立及用途；
3.掌握二元合金状态图的基本类型。
§1合金中的相结构
【合金的基本概念及实用意义】：
通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。
众所周知，金属材料在现代工农业生产及人们的日常生活中占有极其重要的地位，虽然各种纯金属都具有优良的导电性、导热性、化学稳定性等特点。但是各种纯金属的强度、硬度、耐磨性等机械性能都比较差，满足不了人们对金属材料使用性能上的要求，因此自古至今人们都在生产和使用着合金材料。 29 合金不仅在强度、硬度、耐磨性等机械性能方面比纯金属高，而且在电、磁、化学稳定性等物理化学性能方面也能与纯金属相媲美或更好，所以对合金的研究与使用更有实际意义。
组成合金的最基本的、独立的物质称为组元，通常是指组成该合金的元素或某些化合物，根据合金组元数目的多少，把合金分为二元合金、三元合金和多元合金。如：铁碳合金就是由铁和碳二组元组成的二元合金。
【合金中的相结构】
目前应用的合金中大多是采用熔炼法生产的，熔炼法即首先需要得到具有某种化学成分的均匀一致的合金溶液，将其降温冷却，使其结晶为固态合金。
第三章 二元合金相图和合金的凝固
一．名词解释
相图、相律、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、异晶转变、平衡结晶、不平衡结晶、异分结晶、平衡分配系数、晶内偏析、显微偏析、区域偏析、区域提纯、成份过冷、胞状组织、共晶组织、亚共晶组织、过共晶组织、伪共晶、离异共晶、
二．填空题
1. 相图可用于表征合金体系中合金状态与 和 之间的关系。
2. 最基本的二元合金相图有 、 、 。
3. 根据相律，对于给定的金属或合金体系，可独立改变的影响合金状态的内部因素和外部因素的数目，称为 ，对于纯金属该数值最多为 ，而对于二元合金该数值最多为 。
4. 典型的二元合金匀晶相图，如Cu-Ni二元合金相图，包含 、 两条相线， 、 、 三个相区。
5. 同纯金属结晶过程类似，固溶体合金的结晶包括 和 两个基本过程 。
6. 勻晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为________ 。
7. 共晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为___________ _。
8. 共析反应的特征为_____________，其反应式可描述为_____________。
9. 金属或合金在极缓慢冷却条件下进行的结晶过程称为 。纯金属结晶时所结晶出的固相成分与液相成分 ，称为 ；而固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分 ，称为 。
10. 固溶体合金经不平衡结晶所产生的两类成分偏析为 、 。
第三章 二元合金相图和合金的凝固
一．名词解释
相图、相律、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、异晶转变、平衡结晶、不平衡结晶、异分结晶、平衡分配系数、晶内偏析、显微偏析、区域偏析、区域提纯、成份过冷、胞状组织、共晶组织、亚共晶组织、过共晶组织、伪共晶、离异共晶、
二．填空题
1. 相图可用于表征合金体系中合金状态与 和 之间的关系。
2. 最基本的二元合金相图有 、 、 。
3. 根据相律，对于给定的金属或合金体系，可独立改变的影响合金状态的内部因素和外部因素的数目，称为 ，对于纯金属该数值最多为 ，而对于二元合金该数值最多为 。
4. 典型的二元合金匀晶相图，如Cu-Ni二元合金相图，包含 、 两条相线， 、 、 三个相区。
5. 同纯金属结晶过程类似，固溶体合金的结晶包括 和 两个基本过程 。
6. 勻晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为________ 。
7. 共晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为___________ _。
8. 共析反应的特征为_____________，其反应式可描述为_____________。
9. 金属或合金在极缓慢冷却条件下进行的结晶过程称为 。纯金属结晶时所结晶出的固相成分与液相成分 ，称为 ；而固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分 ，称为 。
10. 固溶体合金经不平衡结晶所产生的两类成分偏析为 、 。
