口腔材料学第八章铸造合金.pptx
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口腔材料学第八章铸造合金.pptx
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对金属已有元素层次的了解。
对有金属元素参加的化合物已比较熟悉。
金属材料学是使同学们在一个新的层次上了解我们熟悉但又陌生的金属的课程。
金属学是工科大学里的一个专业。
冶金部有钢铁研究总院、有色金属研究院,科学院有金属研究所。
第八章,铸造合金,CastingAlloys口腔材料教研室,主要内容,第一节金属材料基础(Basictheoryofmetal)一.金属的一般性质(generalcharacterofmetal)二.金属键(metallicbond)三.结晶结构(crystalstructure)四.合金(alloy)五.熔融与凝固(fusingandconcretion)六.相图的基本知识(basicknowledgeofphasediagram)第二节贵金属铸造合金(Noblemetalcastingalloys)第三节非贵金属铸造合金(Basemetalcastingalloys),最重的金属:
锇(Os),密度22.48g/cm3(密度第二大的为铱,22.56克/立方厘米)。
最软的金属:
铯(Cs),最硬的金属:
铬(Cr),木材的密度:
范围0.4-0.75g/cm3;塑料的密度:
0.8-2.5g/cm3,第一节金属材料基础,(Basictheoryofmetal)一.金属的一般性质(generalcharacterofmetal)固体状态时呈结晶状。
具有金属光泽。
是电和热的良导体。
密度大。
不透明。
受力时,塑性变形较大,富有延展性。
离子化时形成阳离子,易被氧化,氧化物多数显碱性。
合金化可改变性能。
通过热处理可以改变组织形态,改变性能。
由于自由电子的阻挡作用导致的不透明:
这是金属不透明的原因。
能吸收光线的物质导致的不透明:
电子容易发生跃迁而吸收光子的能量。
这样光线就被吸收了。
金属键(metallicbond)由金属正离子和自由电子之间相互作用(吸引与排斥)而产生的结合。
金属键没有方向性,没有饱和性,所以金属原子结合在一起总是趋于最紧凑、最致密的状态。
二.金属键(metallicbond),金属键可以解释金属的延展性金属的导电性金属的导热性金属的不透明性金属具有金属光泽,三.结晶结构(crystalstructure),晶格(Crystallattice):
描述原子在晶体中排列方式的空间格子。
晶胞(Crystalcell):
晶格中,最小单元的空间格子。
图6-1,晶胞,晶体晶,格,铝锰合金X射线衍射图像,Centeredcubic,图45,三种典型的金属晶体结构,体心立方(Body-centeredcubic)Cr、a-Fe、d-Fe、Mo、W、V、b-Ti等面心立方(Face-centeredcubic)Al、g-Fe、Cu、Ag、Au、Pb、Ni等密排六方(Hexagonalclose-packed)Zn、Mg、Be、Cd、a-Ti、a-Co等只有一种晶格结构的金属:
Al、Cu、Pb、Zn、Ag具有多种晶格结构的金属:
Fe、Mn、Ti、Co、Sn,晶胞中的原子数,2,4,6,四.合金(alloy),合金(alloy):
两种或两种以上的金属,或者金属与非金属熔合而成的物质。
组元(constituent):
组成合金的独立的最基本的单元。
组元可以是纯金属或非金属,也可以是稳定的化合物。
相(phase):
合金中化学成分、晶体结构和性能相同的部分。
相与相之间有明显的界面。
合金的组织结构,
(一)固溶体(solidsolution)合金中的组元互相溶解,在固态下形成的均匀固相。
保持晶格不变的组元称为溶剂(solvent)晶格消失的组元称为溶质(solute)无限固溶:
溶质与溶剂能够以任何比例互溶。
有限固溶:
溶质只能按照一定比例与溶剂互溶。
固溶度与溶质和溶剂之间的晶格类型以及原子的大小等因素有关。
置换固溶体(substitutionalsolidsolution)溶质原子在固溶体中占据节点位置。
间隙固溶体(interstitialsolidsolution)溶质原子位于晶格的间隙中。
固溶体的分类,溶剂原子,溶质原子,置换固溶体,溶剂原子溶质原子,间隙固溶体,Au-Ag合金、Ag-Pd合金、,H、B、C、N、O元素,
(二)化合物(compound)化合物是合金组元间发生相互作用而生成的一种新相,其晶格类型和性能完全不同于任一组元。
化合物的性质合金中的化合物可以由金属元素和非金属元素组成;这种化合物一般都硬而脆,使合金的硬度、强度提高,韧性下降。
金属间化合物(intermetalliccompound)金属组元间形成的化合物。
例如:
银汞合金中的Ag3Sn相是Ag与Sn组成的金属间化合物。
用于制作正畸丝的Ni-Ti合金是金属间化合物。
也可以解释为,晶界是最后凝固的,即熔点较低,所以熔化时首先融化。
五.熔融与凝固(fusingandconcretion),熔化(melt):
金属从固态转变成液态的现象。
金属是否都有各自的熔点?
纯金属有确定的熔点;合金只有熔化温度范围,没有确定的熔点。
凝固(solidification):
金属从液态转变成固态的过程,金属凝固的过程,金属结晶的过程,如果降温速度足够慢,可能只有一个晶粒。
第二版中,凝固过程讲得多,熔化过程几乎未讲。
熔化:
从晶界开始,因为晶界存在一些杂质,熔化时需要的能量较低。
熔化后可起助熔作用。
也可以解释为,晶界是最后凝固的,即熔点较低,所以熔化时首先融化。
纯金属结晶过程熔化从晶界开始,因为晶界是最后凝固的,即熔点较低,所以熔化时首先熔化。
晶界存在一些杂质。
晶界熔化后可起助熔作用。
结晶(Crystallize):
金属凝固形成晶体的过程。
晶核(CrystalNucleus):
液态金属中首先形成的极微小晶体。
晶粒(Crystal):
由晶核长成的形状不规则的晶体。
晶界(Grainboundary):
晶粒与晶粒之间的界面。
体系以恒定的速度降温;到达Tn时,开始形核,放出结晶潜热,使体系温度升高。
温度升高到一定程度后,形核结晶活动停止,开始在晶核表面结晶。
晶核表面结晶需要的过冷度小,所以稍低于Tm就开始放出结晶潜热,阻止温度下降。
但温度只要高于结晶温度,结晶就停止。
结晶停止,温度就下降;温度下降,结晶就开始;由此达到温度恒定在稍低于Tm的位置。
一切自发过程都朝着使体系自由能减低的方向进行。
自由能:
F=U-TS,其中:
U代表系统的内能;T代表温度;S代表熵。
自由能是系统内能中可以在等温过程中转化为功的部分。
过冷度:
不是恒定值,冷却速度越大,过冷度也越大。
金属总是在过冷的情况下结晶的,过冷是金属结晶的必要条件。
过冷(supercooling)纯金属的实际结晶温度Tn总是低于其平衡结晶温度Tm的现象。
过冷度T,金属结晶的过冷现象,T=TmTn结晶潜热(heatofcrystallization)从液相转变为固相时,熔融物结晶所放出的热量。
平衡结晶温度,固态,液态,结晶,at%-原子百分数,六.相图的基本知识,基本的二元和合金相图匀晶相图共晶相图包晶相图,(basicknowledgeofphasediagram)相图(phasediagram)、状态平衡相图(equilibriumphasediagram)用于表示材料的平衡相与成分和温度之间的关系。
相图可以表示各种浓度的合金在各种温度下的组织状态。
合金合金,二元合金的状态平衡图,时间,温度,温度,成分,六.相图的基本知识(basicknowledgeofphasediagram),相图制作方法,a,二元合金相图(binaryalloyphasediagram)的,基本形式匀晶相图(isomorphousphasediagram),共晶相图(eutecticphasediagram),包晶相图(peritecticphasediagram),分析相图时,等温线很重要。
注重考虑在一确定温度下共存的各相。
多元铝合金相图拓扑关系的理论和实验研究计算材料科学的发展推动了材料设计进程,作为材料热力学计算发展方向之一的相图计算CALPHAD(CALcaluationofPHAseDiagram)技术,能够计算多元相图、相变温度以及各相分数随温度变化等信息,为材料制备过程提供描述显微组织演变所需的重要参数。
相图计算使热力学和现代实验技术紧密结合,并把材料的成分、组织及制备过程紧密联系起来。
它是实现从材料微观结构预测宏观性能的关键之一。
目前国内外对相图的研究通常局限在单一温度截面或是有限成分范围,这是远远不够的。
轻质高强铝基合金由于其卓越的综合性能广泛应用于航天航空等工业领域。
Be,Cu,Fe,Mg,Mn,Si,Ni,Ti等都是铝基合金中重要的合金元素,能不同程度地改善铝合金性质。
为了进一步提高铝基合金的性能,本论文首先介绍了合金相图及相平衡计算的理论模型,然后对精选的几个铝合金数据库中重要的三元系,从实验和热力学计算两方面全面地研究了整个成分和温度范围的相图拓扑关系:
(1)实验确立了新的Al-Be,Be-Si二元相图,结合CALPHAD技术,优化了Al-Be,Be-Si二元系,利用边界二元系的参数外推计算了Al-Be-Si三元系的相.Developmentofcalculatedsciencepromotesdesignofmaterials.Asoneofembranchmentincalculatedmaterialthermodynamic,CALPHADcancalculatecomplexmulticomponentphasediagram,phasetransitiontemperatureandeachphasecontentvs.temperature,etc,whichprovidesimportantinformationfordescribingevolvementofmicrostructure.Combiningthermodynamicsimulationandmodernexperimentaltechnology,phasediagramcalculationlinkscomposition,structureandpreparationprocess,soastoforecastanddes.,
(一)匀晶相图(isomorphousphasediagram),匀晶系统(isomorphoussystem)组元在液态和固态均能无限固溶的合金系统。
在非平衡结晶状态下,固化后的合金成分来不及扩散,所以固溶体结晶内的成分也是不平衡的。
T,Ag-Au,Ag-Pd,Cr-MoCu-Ni,Fe-Ni上曲线:
固相线(solidus)下曲线:
液相线(liquidus),过共晶:
共晶点:
C点,与此点对应的成分的合金熔液在与此点对应的温度下,全部转变为共晶a+b。
共晶线:
d-e线,成分线与此线相交的合金中存在共晶产物。
初生相:
次生相:
先共晶相:
共晶组织:
真正得到共晶组织的合金,其成分必须是C0,即所谓共晶合金。
(二)共晶相图(eutecticphasediagram),共晶转变(eutecticreaction)从液体中同时结晶出两个或两个以上固相的过程。
T,Tc,C1,C2,g,Ag-Cu,Sn-Pb,Pb-Sb,Acb:
液相线adeb:
固相线df:
B在A中的溶解度曲线eg:
A在B中的溶解度曲线水平线dce:
共晶转变线c点:
共晶点,过共晶:
共晶点:
C点,与此点对应的成分的合金熔液在与此点对应的温度下,全部转变为共晶a+b。
共晶线:
d-e线,成分线与此线相交的合金中存在共晶产物。
初生相:
次生相:
先共晶相:
共晶组织:
真正得到共晶组织的合金,其成分必须是C0
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- 口腔 材料 第八 铸造 合金