冷却曲线

冷却曲线（Cooling   curve）金属热处理过程中，工件加热后的冷却温度和时间曲线。可用等距、单对数或双对数坐标绘图。 www.qwbaike.cn

冷却曲线可表示：淬火时的冷却方式淬火介质的冷却能力钢在连续或等温冷却过程中的组织转变焊后空冷过程中焊接件的脆性敏感性高温合金高温淬火后冷却过程中强化相的析出等。另外，在金属的热分析中，熔融金属从液态到固态的温降和时间参数曲线也称为冷却曲线，其水平线为结晶温度。

冷却曲线又称 阶梯冷却曲线，是用热分析法绘制凝聚体系相图的重要依据。阶梯冷却曲线上的平台和转折点代表了一定温度下相变的信息，根据 阶梯冷却曲线可以绘制二元凝聚体系的相图。传统的手工绘图方法不仅麻烦，而且不可避免地引入人为错误随着计算机技术在数据处理中的应用，可以使用计算机编辑。

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冷却曲线

冷却曲线是记录不同变形条件下的金属材料以不同的冷却速度冷却时，时间与温度的关系的温度时间曲线。它显示了没有变形的材料的转变点和有变形的转变点经过比较，发现铝和铝合金在这两种情况下有明显的区别。利用相变过程中体积变化的原理，可以在热模拟器上测量动态相变点在材料热加工过程中，温度变化不伴随应变，变形对相变的产生有影响所以这种动态过程中记录的温度时间关系曲线是随着连续的变形过程而变化的，所以称之为冷却曲线。

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在这种曲线上，一般都标明了相变的条件和材料的名称；通过使用这种曲线，可以控制变形、以获得所需材料的结构和性能。材料在极端的加热和冷却速度下，或同时存在变形的条件下发生相变的温度和时间，称为动态相变点。借助特殊设备，可以获得常规方法一般难以测量的极端条件下的相变。

动态相变点的含义如下：1）建议在常规加热或冷却速率下难以获得的结构可以在高速加热或冷却速率下获得。图2显示了低碳钢在不同加热速率下的连续加热曲线。该图表明。加热速度提高到100℃/在S点，点A和A上升在这个速度以上，铝和铝合金随着速度的增加而减少； www.qwbaike.cn

2）随着变形的进行，相变点也发生变化，这是由于材料内部的变形能、结构的界面能、表面能等等都变了。

纯金属的结晶是在一定的温度下进行的，通常用热分析法来测量。首先，金属被熔化，然后缓慢冷却。在冷却过程中，每隔一段时间测量一次温度，最后将测量结果绘制在温度时间坐标上，即可得到图形（a）纯金属的冷却曲线如图所示。

从冷却曲线可以看出，随着时间的推移，熔融金属的温度降低。当冷却到一定温度时，冷却曲线上出现一条水平线段，这条水平线段对应的温度就是金属的理论结晶温度（T）另外从图（b）从曲线中还可以看出，在实际的结晶过程中，金属必须从液态冷却到理论温度（T）以下才开始结晶。这种现象被称为过冷。理论结晶温度T和实际结晶温度T之间的差值T称为过冷。实验研究表明，金属在结晶过程中的过冷度不是一个恒定值，它与冷却速度有关冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。 www.qwbaike.cn

在实际生产中，金属结晶必须在一定的过冷度下进行，这是金属结晶的必要条件。

通过观察成分固定的材料的冷却曲线，可以获得很多关于材料结晶过程的信息。所谓冷却曲线，就是以温度为时间的函数绘制的冷却循环曲线，相变点作为特征点出现在曲线上。

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对于铅-锡合金系统，图中给出了六种不同成分的冷却曲线。曲线I示出了纯铅从液态开始冷却，并且在液态中观察到平滑的曲线。当达到结晶点A时，结晶开始。由于结晶潜热的释放，出现了A-aˊ温度保持线。从a开始，新形成的固相继续冷却，温度沿平滑曲线下降。这条曲线的特点是纯金属和具有确定熔点的物质的共同特征，如曲线ⅵ所示的纯锡的冷却曲线。

对于61.9%Sn合金，可以观察到由图中曲线ⅳ确定的熔点。与纯金属不同，它是由两种成分不同结构的固相形成的机械混合物，称为共晶反应，即，

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L←→α+β www.qwbaike.cn

需要指出的是，共晶反应是在固定的温度下发生的，在反应中，合金液和结晶后的两个固相是固定的。

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图中曲线ⅲ为40°%锡合金的冷却曲线。合金液体被连续冷却到K点，并且Sn在Pb中的固溶体开始在液相中形成（α）小颗粒，并释放能量，所以曲线的斜率突然减小。这些小晶粒的形成使剩余合金液中Sn的浓度增加，从而使结晶点降低。为了继续形成新的固相，必须继续冷却。更多固相的连续形成使得剩余合金液体中Sn的浓度更高，这进一步降低了结晶点因此，出现了固化温度范围，并且对应的上特征温度是初始结晶温度，下特征温度是最终结晶温度。当温度达到k’在点，剩余合金液体的成分达到点e（61.9%Sn）所以此时发生共晶反应，剩余的合金液结晶成两种成分不同结构的固相形成的机械混合物，在冷却曲线上也可以观察到等温保留线。随后，固体混合物继续冷却。图中冷却曲线ⅴ与ⅲ相似，分析方法相同，不同的是先析出Pb在Sn中的固溶体β。

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图中曲线ⅱ为13%锡合金的冷却曲线。曲线h”上面类似曲线ⅲ，而白h”起初，曲线的斜率突然下降，这是由于自h”首先从α固溶体中析出第二相β固溶体，同时释放能量。

现在，所有的相变点都可以根据冷却曲线上相同的温度转移到温度上—分量坐标，并将物理意义相同的特征点连接成曲线，得到上图所示的导联—锡相图。图中A-E-b是所有合金处于液态时的最低温度，称为液相线；A-C-E-D-B线是所有合金处于固态的最高温度，称为固相线。在液相线和固相线之间，液体、固体和两相的共存称为液体—固两相区。

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