第2章二元合金的相圖及結(jié)晶

1、學習要求和難點學習重點：學習重點：1.勻晶體相圖特點、結(jié)晶過程勻晶體相圖特點、結(jié)晶過程。2.杠桿定律及其應用。杠桿定律及其應用。3.運用相圖分析合金的性能。運用相圖分析合金的性能。 學習難點：學習難點：杠桿定律及其應用杠桿定律及其應用。 合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。質(zhì)。 組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組成合金的元素相互作用可形成不同的相。組成合金的元素相互作用可形成不同的相。 與純金屬比，合金的力學性能高得多且種類多。與純金屬比，合金的力學性能高

2、得多且種類多。 組元：組成合金獨立的、最基本的單元。組元：組成合金獨立的、最基本的單元。組元包括組元包括 二元合金：由兩個組元組成的合金。二元合金：由兩個組元組成的合金。合金的組成元素合金的組成元素穩(wěn)定化合物：固定的熔點和成分，不易分解。穩(wěn)定化合物：固定的熔點和成分，不易分解。 所謂所謂相相是指金屬或合金中凡是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成它部分有界面分開的均勻組成部分。部分。 顯微組織顯微組織實質(zhì)上是指在顯微實質(zhì)上是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布

3、的組合。布的組合。 固態(tài)合金中的相固態(tài)合金中的相分為固溶體分為固溶體和金屬化合物兩類。和金屬化合物兩類。單相單相合金合金兩相兩相合金合金 固溶體固溶體 固溶體：合金組元通過溶解形成固溶體：合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組一種成分和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相。習慣以元之一相同的固相。習慣以 、 、 表示。表示。 與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑。其它元素稱溶質(zhì)。劑。其它元素稱溶質(zhì)。 固溶體是合金的重要組成相，實際固溶體是合金的重要組成相，實際合金多是單相固溶體合金或以固溶體合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。為基的合金。 固溶體的

4、溶解度：溶質(zhì)原子在固固溶體的溶解度：溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。溶體中的極限濃度。Cu-Ni置換固溶體置換固溶體Fe-C間隙固溶體間隙固溶體固溶體的分類：固溶體的分類：a、置換固溶體：溶質(zhì)原子取代溶劑原子的位置，、置換固溶體：溶質(zhì)原子取代溶劑原子的位置， 但整個結(jié)構(gòu)仍然是溶劑的晶體結(jié)構(gòu)。但整個結(jié)構(gòu)仍然是溶劑的晶體結(jié)構(gòu)。b、間隙固溶體：溶質(zhì)原子位于溶劑原子的間隙、間隙固溶體：溶質(zhì)原子位于溶劑原子的間隙 位置中。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的位置中。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金屬元素，如非金屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般是過渡族等，而溶劑元素一般是過渡族元素。元

5、素。a、有限固溶體：在一定的條件下，溶質(zhì)在固溶體中存在一、有限固溶體：在一定的條件下，溶質(zhì)在固溶體中存在一極限濃度，如超過此濃度則有其它相形成。極限濃度，如超過此濃度則有其它相形成。 b、無限固溶體：溶質(zhì)可以任意比例溶入到溶劑中，最高可、無限固溶體：溶質(zhì)可以任意比例溶入到溶劑中，最高可達達100%。 （只能是置換固溶體只能是置換固溶體）組成元素原子半徑、組成元素原子半徑、電化學特性相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可電化學特性相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可能形成無限固溶體。能形成無限固溶體。 a 、有序固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中有規(guī)律的分布。、有序固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中有規(guī)律的分

6、布。 （只能是置換固溶體只能是置換固溶體）b、無序固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中無規(guī)律的分布。、無序固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中無規(guī)律的分布。 置換固溶體置換固溶體 溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置所形成的固溶溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置所形成的固溶體。體。 溶質(zhì)原子呈無序分布的稱無序固溶體，呈有序分布溶質(zhì)原子呈無序分布的稱無序固溶體，呈有序分布的稱有序固溶體。的稱有序固溶體。黃銅置換固溶體組織黃銅置換固溶體組織 間隙固溶體間隙固溶體 溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。 形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較

7、小的非金屬元素，如屬元素，如C、N、B等，等，而溶劑元素一般是過渡而溶劑元素一般是過渡族元素。族元素。 形成間隙固溶體的一形成間隙固溶體的一般規(guī)律為般規(guī)律為r質(zhì)質(zhì)/r劑劑0.59。 間隙固溶體都是無序間隙固溶體都是無序固溶體和有限固溶體。固溶體和有限固溶體。 固溶體的性能固溶體的性能 隨溶質(zhì)含量增加隨溶質(zhì)含量增加, 固溶體的固溶體的強度、硬度增加強度、硬度增加, 塑性、韌性下塑性、韌性下降降固溶強化。固溶強化。 產(chǎn)生固溶強化的原因是溶質(zhì)產(chǎn)生固溶強化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變及對位錯原子使晶格發(fā)生畸變及對位錯的釘扎作用。的釘扎作用。 與純金屬相比，固溶體的強度、硬度高，塑性、韌性低。但與純金

8、屬相比，固溶體的強度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。故固溶體的綜合力學性能較好，多為合金的基體相。故固溶體的綜合力學性能較好，多為合金的基體相。金屬化合物金屬化合物 合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱金屬化合物。金屬化合物。金屬化合物具有較高的熔點、硬度和脆性，并可金屬化合物具有較高的熔點、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成。用分子式表示其組成。鐵碳合金中的鐵碳合金中的Fe3C 金屬化合物也是合金的重金屬化合物也是合金的重要

9、組成相。要組成相。 彌散強化：金屬化合物彌散強化：金屬化合物硬而脆，當其以極小的粒子硬而脆，當其以極小的粒子均勻分布在固溶體基體上時，均勻分布在固溶體基體上時，使合金的強度、硬度增加，使合金的強度、硬度增加，而塑性、韌性降低不多的現(xiàn)而塑性、韌性降低不多的現(xiàn)象。象。 故金屬化合物多為合金故金屬化合物多為合金的強化相（也稱第二相）。的強化相（也稱第二相）。 a. 間隙相：間隙相：r非非/r金金 0.59時形時形 成的具有簡單晶格結(jié)構(gòu)的間隙成的具有簡單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物?；衔铩Ｈ缛鏜4X (Fe4N)、M2X (Fe2N、 W2C)、MX (TiC、VC、TiN)等。等。 間隙相具有金屬特征和極

10、高間隙相具有金屬特征和極高的硬度及熔點，非常穩(wěn)定。的硬度及熔點，非常穩(wěn)定。 部分碳化物和所有氮化物屬部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。于間隙相。VC的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 如如FeB、Fe3C、Cr23C6等。等。 Fe3C稱滲碳體，是鋼中重要組稱滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復雜斜方晶格。成相，具有復雜斜方晶格。 化合物也可溶入其它元素原化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物為基的固溶子，形成以化合物為基的固溶體。體。Fe3C的晶格的晶格高溫合金中的高溫合金中的Cr23C6合金的結(jié)晶過程比純金屬復雜，常用相圖進行分析合金的結(jié)晶過程比純金屬復雜，常用相圖進行分析. 相圖相圖（平衡圖、狀態(tài)圖）：平衡條件

11、下，合金的相（平衡圖、狀態(tài)圖）：平衡條件下，合金的相狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。是制訂熔煉、鑄造、狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。 根據(jù)組元數(shù)根據(jù)組元數(shù), , 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。 合金系合金系是指由兩個或兩個以上元素按不同比例配制的是指由兩個或兩個以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。一系列不同成分的合金。在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)、組元數(shù)和相數(shù)之在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)、組元數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系。間的關(guān)系。 f=c-p+2當系統(tǒng)的壓力為常數(shù)時當系統(tǒng)的壓力

12、為常數(shù)時(恒壓下恒壓下)： ， f=c-p+1f：自由度數(shù)，能改變系統(tǒng)狀態(tài)的、獨立可變的因素：自由度數(shù)，能改變系統(tǒng)狀態(tài)的、獨立可變的因素（包括溫度、成分等）的數(shù)目。（包括溫度、成分等）的數(shù)目。fmin=0。c：組元數(shù)。：組元數(shù)。p：相數(shù)。：相數(shù)。由公式可知：由公式可知： fmin=c-pmax+1故：故：pmax=c-fmin+1=c-0+1 相律的應用相律的應用 利用相律可以解釋金屬和合金結(jié)晶過程中的很多利用相律可以解釋金屬和合金結(jié)晶過程中的很多現(xiàn)象現(xiàn)象。 如純金屬結(jié)晶時存在兩個相如純金屬結(jié)晶時存在兩個相(固、液共存固、液共存)P=2，純，純金屬金屬c1，代入相律表達式得，代入相律表達式得f

13、1-2+1=0。這說。這說明純金屬結(jié)晶只能在恒溫下進行。明純金屬結(jié)晶只能在恒溫下進行。 相律的作用：相律的作用： 對于二元合金，在兩相平衡條件下對于二元合金，在兩相平衡條件下P2，c=2,f=1。這說明此時還有一個可變因素。因此二。這說明此時還有一個可變因素。因此二元合金，一般是在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。元合金，一般是在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。 建立相圖最常用方法是建立相圖最常用方法是。它是通過測量相變時的熱。它是通過測量相變時的熱效應（即相變時放出熱量或吸收熱量）來確定相變時的臨界度效應（即相變時放出熱量或吸收熱量）來確定相變時的臨界度。 二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立TemperatureT

14、imeLiquidTwo PhaseSolid熱分析法實驗原理熱分析法實驗原理二元合金相圖的繪制步驟二元合金相圖的繪制步驟 Cu-NiCu-Ni合金的冷卻曲線和相圖的繪制合金的冷卻曲線和相圖的繪制150014001300120011001000CuNi80%Ni60%Ni40%Ni20%Ni溫度溫度/ / 溫度溫度/ / 時間時間Ni%Cu 20 40 60 80 NiLL+由相圖確定某成分合金在某溫度時的相由相圖確定某成分合金在某溫度時的相由相圖確定給定合金的相變溫度由相圖確定給定合金的相變溫度由相圖某成分合金在某溫度時的兩個平衡相的成分和相對質(zhì)量由相圖某成分合金在某溫度時的兩個平衡相的成分

15、和相對質(zhì)量杠桿定律杠桿定律 兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶時所構(gòu)成的兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶時所構(gòu)成的相圖稱為相圖稱為勻晶相圖勻晶相圖。TemperatureXY% Y addedLiquidSolidTwo PhaseEquilibrium Phase Diagram - Mg0-Fe010001200140016001800200022002400260028003000020406080100Wt% FeOTemperature (C)Equilibrium Phase Diagram - Nb-W240025002600270028002900300031003200330034

16、00020406080100Weight % WTemperature (C)溫度溫度/ / ABB %LL+液相線液相線固相線固相線B熔點熔點A熔點熔點 與純金屬的結(jié)與純金屬的結(jié)晶過程不同，固晶過程不同，固溶體合金的結(jié)晶溶體合金的結(jié)晶是在一定的是在一定的溫度溫度范圍范圍內(nèi)完成的。內(nèi)完成的。相圖相圖由由兩條線兩條線構(gòu)成，上面是液相線，下面是固相線。構(gòu)成，上面是液相線，下面是固相線。相圖被兩條線分為相圖被兩條線分為三個相區(qū)三個相區(qū)，液相線以上為，液相線以上為液相區(qū)液相區(qū)L L ，固相線以下為固相線以下為 固溶體區(qū)固溶體區(qū)，兩條線之間為兩相共存的，兩條線之間為兩相共存的兩相區(qū)兩相區(qū)（L+ L+ ）

17、。）。 以以Cu-NiCu-Ni合金合金為例進行分析。為例進行分析。L L+ 合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程 除純除純組元外，其它成分合金結(jié)晶過程相似，以組元外，其它成分合金結(jié)晶過程相似，以合金為例說明。合金為例說明。l這種從液相中結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為這種從液相中結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變或或勻晶反應勻晶反應。 隨溫度下降，固隨溫度下降，固溶體重量增加，溶體重量增加，液相重量減少。液相重量減少。同時，同時，液相成分液相成分沿液相線變化，沿液相線變化，固相成分沿固相固相成分沿固相線變化線變化。 成分變化是通過原子擴散完成的。當合金冷卻到成分變化是通過原子擴散完成的。當合金冷卻到t

18、 t3 3時，最后時，最后一滴一滴L L3 3成分的液體也轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w，此時成分的液體也轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w，此時固溶體的成分又固溶體的成分又變回到合金成分變回到合金成分 3上來上來。液固相線不僅是相區(qū)分界液固相線不僅是相區(qū)分界線線, , 也是結(jié)晶時兩相的也是結(jié)晶時兩相的成分變化線；勻晶轉(zhuǎn)變成分變化線；勻晶轉(zhuǎn)變是是。 在一個枝晶范圍內(nèi)或在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)成分一個晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱作不均勻的現(xiàn)象稱作枝枝晶偏析晶偏析。 合金的結(jié)晶只有在合金的結(jié)晶只有在緩慢緩慢冷卻條件冷卻條件下才能得到下才能得到成分均勻的固溶體成分均勻的固溶體。但實際冷速較快，結(jié)晶時固相中但實際冷速較快，結(jié)晶時固相

19、中的原子來不及擴散，使先結(jié)晶出的原子來不及擴散，使先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點元素的枝晶軸含有較多的高熔點元素（如（如Cu-NiCu-Ni合金中的合金中的NiNi）, , 后結(jié)晶后結(jié)晶的枝晶間含有較多的低熔點元素的枝晶間含有較多的低熔點元素( (如如Cu-NiCu-Ni合金中的合金中的Cu)Cu)。Cu-30%NiCu-30%Ni合金的平衡合金的平衡組織與組織與枝晶偏析組織枝晶偏析組織影響影響因素因素冷卻速度冷卻速度給定成分合金的液相線給定成分合金的液相線與固相線的垂直距離與固相線的垂直距離距離越大距離越大偏析相對越嚴重偏析相對越嚴重速度越大速度越大偏析相對越嚴重偏析相對越嚴重對合金性對合

20、金性能的影響能的影響加工性能加工性能力學性能力學性能耐腐蝕性能耐腐蝕性能解決方法解決方法將鑄件加熱到固相線以下將鑄件加熱到固相線以下100-200長時間長時間保溫來消除枝晶偏析，稱為擴散退火保溫來消除枝晶偏析，稱為擴散退火可使原子充可使原子充分擴散，使分擴散，使成分均勻成分均勻 生產(chǎn)上常將鑄件加熱到生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固相線以下固相線以下100-200100-200長時長時間保溫，以使原子充分擴散、間保溫，以使原子充分擴散、成分均勻，消除枝晶偏析，成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作這種熱處理工藝稱作擴散退擴散退火?；稹Ｏ龅霓k法消除枝晶偏析的辦法 大型鋁合金鑄造板材的擴散大型鋁

21、合金鑄造板材的擴散退火退火難點：難點： 杠桿定律證明杠桿定律證明 設(shè)合金的質(zhì)量為設(shè)合金的質(zhì)量為Q合金合金 , 其中其中 Ni質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為b%, 在在 T1溫度時溫度時, L相中的相中的 Ni質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為a%, 相中相中的的Ni質(zhì)量分數(shù)為質(zhì)量分數(shù)為c%。 c-b為線段為線段 bc的長度的長度; b-a為線段為線段 ab的長度。的長度。 故得：故得：或或 這個式子與力學中的杠桿定律相似這個式子與力學中的杠桿定律相似, 因而亦被稱作杠桿因而亦被稱作杠桿定律。由杠桿定律不難算出合金中液相和固相在合金中所定律。由杠桿定律不難算出合金中液相和固相在合金中所占的質(zhì)量分數(shù)（即相對質(zhì)量）分別為：

22、占的質(zhì)量分數(shù)（即相對質(zhì)量）分別為： 例：求例：求30%30%NiNi合金在合金在1280 1280 時時 相的相對量相的相對量CuNiNi%T, C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ ac30a1b1c11280 C解：作成分線和溫度線解：作成分線和溫度線如圖。如圖。6618根據(jù)杠桿定律推論，根據(jù)杠桿定律推論， Q / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4答：所求答：所求合金在合金在1280 時時 相的相對質(zhì)量為相的相對質(zhì)量為1/4。 當當兩兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶互溶

23、, ,并發(fā)生并發(fā)生共晶反應共晶反應時所構(gòu)成的相圖稱作時所構(gòu)成的相圖稱作共晶相共晶相圖圖。 溫度（溫度（）PbSn成分（成分（wt% Sn ）相圖分析相圖分析 相相：相圖中：相圖中有有L L、 、 三種三種相相, , 是溶質(zhì)是溶質(zhì)SnSn在在 PbPb中的固中的固溶體，溶體， 是溶質(zhì)是溶質(zhì)PbPb在在SnSn中的中的固溶體。固溶體。 相區(qū)相區(qū)：相圖中有：相圖中有三個單相區(qū)三個單相區(qū)： L L、 、 ；三個兩相區(qū)三個兩相區(qū)： L+L+ 、L+L+ 、 + + ；一個三相區(qū)一個三相區(qū)：即：即水平線水平線CEDCED。AB 固溶線固溶線: : 溶解度點的連溶解度點的連線線稱稱固溶線固溶線。相圖中相圖中

24、的的CFCF、DGDG線分別為線分別為 SnSn在在 PbPb中和中和 PbPb在在 SnSn中的中的固溶線。固溶線。 固溶體的溶解度隨溫固溶體的溶解度隨溫度降低而下降。度降低而下降。AB 共晶線共晶線：水平線水平線CEDCED叫做叫做共晶線共晶線。 共晶線對應的溫度下（共晶線對應的溫度下（183 183 ），），E E點成分的合金同時結(jié)晶出點成分的合金同時結(jié)晶出C C點成分的點成分的 固溶體固溶體和和D D點成分的點成分的 固溶體，形成這固溶體，形成這兩個相的機兩個相的機械混合物械混合物： L LE E ( ( C C + + D D) ) AB 共晶反應的產(chǎn)物，即共晶反應的產(chǎn)物，即兩相的機

25、械混合物稱兩相的機械混合物稱共晶共晶體或共晶組織體或共晶組織。發(fā)生共晶。發(fā)生共晶反應的溫度稱反應的溫度稱共晶溫度共晶溫度。代表共晶溫度和共晶成分代表共晶溫度和共晶成分的點稱的點稱共晶點共晶點。Pb-Sn共晶組織共晶組織共晶體長大示意圖共晶體長大示意圖 Sn原子原子擴散擴散Pb原子原子擴散擴散 具有共晶成分的合金稱具有共晶成分的合金稱共晶合金共晶合金。在共晶線上，凡。在共晶線上，凡成分位于共晶點以左的合金稱成分位于共晶點以左的合金稱亞共晶合金亞共晶合金，位于共，位于共 晶點以右的合金晶點以右的合金稱稱過共晶合金過共晶合金。l凡具有共晶線成凡具有共晶線成分的合金液體冷分的合金液體冷卻到共晶溫度時卻

26、到共晶溫度時都將發(fā)生共晶反都將發(fā)生共晶反應。應。L+ CDAB.2合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程 含含SnSn量小于量小于C C點合金點合金(合金合金) )的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程 在在3 3點以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相點以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相 固溶體，這種直接從液固溶體，這種直接從液相中結(jié)晶出的固相稱相中結(jié)晶出的固相稱一次相一次相或或初生相初生相。 溫度降到溫度降到3 3點以下，點以下， 固溶體固溶體被被SnSn過飽和，由于晶格不穩(wěn)，過飽和，由于晶格不穩(wěn)，開始開始析出析出（相變過程也稱析出）新相（相變過程也稱析出）新相 相。相。由已有固相析由已有固相析出的新固相稱出的新固相稱二次相二次相或或次

27、生相次生相。 形成二次相的過程稱形成二次相的過程稱二次析出二次析出, , 是固態(tài)相變的一種。是固態(tài)相變的一種。 由于二次相由于二次相析出溫度較析出溫度較低，一般十低，一般十分分細小細小。Q Q合金室溫組織合金室溫組織為為: : + ABCDEFG 共晶合金共晶合金(合金合金) )的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程 液態(tài)合金冷卻液態(tài)合金冷卻到到E E 點時同時點時同時被被PbPb和和SnSn飽和飽和, , 發(fā)生共晶反應發(fā)生共晶反應：L LE E ( ( C C+ + D D) )19.2wt%Sn溫度溫度 1 析出過程中析出過程中兩相相間形核兩相相間形核、互相促進、共同長大，因而互相促進、共同長大，因而共晶組

28、織共晶組織較細，較細，呈呈片片、棒棒、點點(球球)等形狀等形狀。共晶組織形態(tài)層片狀層片狀(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)Pb-Sn共晶組織共晶組織條棒狀條棒狀(Sb-MnSb橫截面橫截面)螺旋狀（螺旋狀（Zn-Mg） 在共晶轉(zhuǎn)變過程中在共晶轉(zhuǎn)變過程中，L L、 、 三相共存三相共存, , 三個相的量在不斷三個相的量在不斷變化，但它們各自成分是固定變化，但它們各自成分是固定的。的。 共晶組織中的相稱共晶組織中的相稱共晶相共晶相。共共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時，晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時， 和和 相的相相的相對重量百分比為：對重量百分比為：%6 .54%100%4 .45%1002 .195 .979 .615 .97%

29、100 QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2) 共晶結(jié)束后，隨溫度下降，共晶結(jié)束后，隨溫度下降， 和和 的成分分別沿的成分分別沿CFCF線和線和DGDG線變線變化，并從共晶化，并從共晶 中析出中析出 ，從共晶，從共晶 中析出中析出 ，由于共晶組，由于共晶組織細，織細， 與共晶與共晶 結(jié)合，結(jié)合， 與共晶與共晶 結(jié)合，共晶合金的室溫組結(jié)合，共晶合金的室溫組織仍為織仍為 ( ( + + ) ) 共晶體共晶體。Pb-Sn共晶合金組織共晶合金組織室溫下兩相的相對重量百分比是多少？室溫下兩相的相對重量百分比是多少？FGFEQFGGEQ, 亞共晶合金亞共晶合金(合金合金) )的結(jié)晶過程的

30、結(jié)晶過程 合金液體在合金液體在2 2點以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到點以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到2 2點，固相成點，固相成分分變化變化到到C C點，液相成點，液相成分分變化變化到到E E點點, , 此時此時兩相的相對重量為：兩相的相對重量為：%1002%,1002)( CEEQCECQQEL 在在2 2點，具有點，具有E E點成分的剩余液體發(fā)生共晶反應：點成分的剩余液體發(fā)生共晶反應： L L ( ( + + ) ) ，轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織共晶組織，共晶體的重量與轉(zhuǎn)變前的液相共晶體的重量與轉(zhuǎn)變前的液相重量相等重量相等, , 即即Q QE E =Q =QL L 反應結(jié)束后，在共晶溫度下反應結(jié)束后，在共晶溫度下

31、 、 兩相的相對重量百分比為：兩相的相對重量百分比為：%1002%,1002 CDCQCDDQ 溫度繼續(xù)下降，將從一次溫度繼續(xù)下降，將從一次 和和共晶共晶 中析出中析出 ，從共晶，從共晶 中中析出析出 。其其室溫組織室溫組織為為 + (+ ( + + ) + ) + 。亞共晶合金亞共晶合金的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程 如何求室如何求室溫下三種組織溫下三種組織組成物的相對組成物的相對重量？重量？ 亞共晶合金結(jié)晶過程示意圖 2點溫度(結(jié)束時)點以下LL12之間L接近2點+11 過共晶合金結(jié)晶過程過共晶合金結(jié)晶過程 與亞共晶合金相似，不同的是一與亞共晶合金相似，不同的是一次次相相為為 , , 二次相為二次相

32、為 。 室溫組織為室溫組織為 +(+( + + )+)+ 。Pb-Sn合金的結(jié)晶過程4.3.3 4.3.3 組織組成物在相圖上的標注組織組成物在相圖上的標注 組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分。組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分。 組織組成物之間的差別主要在形態(tài)上。組織組成物之間的差別主要在形態(tài)上。如如 、 和和共晶共晶 的的結(jié)構(gòu)成分相同，屬同一個相，但它們的形態(tài)不同，分屬不同的結(jié)構(gòu)成分相同，屬同一個相，但它們的形態(tài)不同，分屬不同的組織組成物。組織組成物。 將組織組成物標注在相圖中，可使所標注的組織與顯微鏡下觀將組織組成物標注在相圖中，可使所標注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致。察

33、到的組織一致。Pb-Sn亞共晶組織亞共晶組織 兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶，并發(fā)生包晶兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶，并發(fā)生包晶反應時所構(gòu)成的相圖稱作包晶相圖。反應時所構(gòu)成的相圖稱作包晶相圖。以以Pt-Ag相圖為例簡要分析相圖為例簡要分析L+L+L + 相圖分析相圖分析 相：相圖中有相：相圖中有L、 、 三種相三種相, 是溶是溶質(zhì)質(zhì)Ag在在 Pt中的固溶體，中的固溶體， 是溶質(zhì)是溶質(zhì)Pt在在Ag中的固溶體。中的固溶體。 相區(qū)：相圖中有三個單相區(qū)：相區(qū)：相圖中有三個單相區(qū)： L、 、 ；三個兩相區(qū)：；三個兩相區(qū)： L+ 、L+ 、 + ；一；一個三相區(qū)：即水平線個三相區(qū)：即

34、水平線PDC。 點：點：A、B分別為分別為Pt、Ag的熔點。的熔點。 相線：相線： 液相線液相線ACB，固相線，固相線APDB。 固溶線固溶線: 相圖中的相圖中的PE、DF線分別為線分別為 Ag在在 Pt中和中和 Pt在在 Ag中的固溶線。固溶體的溶解度隨溫度降低而中的固溶線。固溶體的溶解度隨溫度降低而下降。下降。 水平線水平線PDC稱包晶線，與該線成分對應的合金在稱包晶線，與該線成分對應的合金在該溫度下發(fā)生包晶反應：該溫度下發(fā)生包晶反應：LC+ P D 。該反應是液。該反應是液相相L包著固相包著固相 , 新相新相 在在L與與的界面上形核，并向的界面上形核，并向L和和 兩個方向長大。兩個方向長

35、大。 在一定溫度下，由一個液相包著一個固相生成另在一定溫度下，由一個液相包著一個固相生成另一新固相的反應稱包晶轉(zhuǎn)變或包晶反應。一新固相的反應稱包晶轉(zhuǎn)變或包晶反應。 合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程 包晶成分合金：勻晶包晶成分合金：勻晶包晶包晶二次析出。二次析出。室溫組織為室溫組織為 + II PD成分成分合金：勻晶合金：勻晶包晶包晶二次析出。二次析出。室溫組織為室溫組織為 +II+ + II時間溫度 DC成分成分合金：勻晶合金：勻晶包晶包晶勻晶勻晶二次析出二次析出室溫組織為室溫組織為 + II時間溫度 穩(wěn)定化合物是指在熔化前不發(fā)穩(wěn)定化合物是指在熔化前不發(fā)生分解的化合物生分解的化合物(如如Mg-Si

36、系的系的Mg2Si和和Fe-C系的系的Fe3C) 。其成。其成分固定，在相圖中是一條垂線分固定，在相圖中是一條垂線(代代表一個單相區(qū)表一個單相區(qū))。垂足是其。垂足是其成分成分, 頂點是其熔點頂點是其熔點, 結(jié)晶過程同純金結(jié)晶過程同純金屬屬。分析這類相圖時，可把穩(wěn)定。分析這類相圖時，可把穩(wěn)定化合物當作純組元看待，將相圖化合物當作純組元看待，將相圖分成幾個部分進行分析。分成幾個部分進行分析。Mg2SiMg2Si+SiMg+ Mg2SiSiL+ Mg2SiL+ SiL+ Mg2SiL+ Mg一、相圖與合金的力學、物理性能一、相圖與合金的力學、物理性能 合金的使用性能決定于合金的成分和組織，而合合金的

37、使用性能決定于合金的成分和組織，而合金的結(jié)晶特點又影響了其工藝性能。由于相圖是表金的結(jié)晶特點又影響了其工藝性能。由于相圖是表示合金的結(jié)晶特點及成分、溫度及組織之間的關(guān)系示合金的結(jié)晶特點及成分、溫度及組織之間的關(guān)系的，因此，相圖和合金性能之間存在著一定的聯(lián)系。的，因此，相圖和合金性能之間存在著一定的聯(lián)系。掌握這些規(guī)律，對選用和配制合金是必要的。掌握這些規(guī)律，對選用和配制合金是必要的。 u3.根據(jù)相圖判斷合金的性能根據(jù)相圖判斷合金的性能:相圖與合金硬度、強度及導電性之間的關(guān)系相圖與合金硬度、強度及導電性之間的關(guān)系 u當合金的組織為兩相組成的混合物時，其性能與合金當合金的組織為兩相組成的混合物時，其

38、性能與合金的成分呈直線關(guān)系，它的強度、硬度和導電性一般介于的成分呈直線關(guān)系，它的強度、硬度和導電性一般介于兩組成相之間，大致為兩組成相性能的算術(shù)平均值。兩組成相之間，大致為兩組成相性能的算術(shù)平均值。u當合金的組織為單相固溶體時，其性能與合金的成分當合金的組織為單相固溶體時，其性能與合金的成分呈曲線關(guān)系，固溶體合金的強度、硬度一般均高于純金呈曲線關(guān)系，固溶體合金的強度、硬度一般均高于純金屬，并隨溶質(zhì)組元濃度的增加而增加；但導電性低于純屬，并隨溶質(zhì)組元濃度的增加而增加；但導電性低于純金屬，并隨溶質(zhì)濃度的升高而降低。金屬，并隨溶質(zhì)濃度的升高而降低。u當合金系中形成穩(wěn)定化合物時，在合金系的性能一成當合金系中形成穩(wěn)定化合物時，