材料科學(xué)基礎(chǔ)4 二元相圖

1、第四章：二元相圖第四章：二元相圖 復(fù)習(xí)合金、組元、相、相結(jié)構(gòu)（固溶體、化物）復(fù)習(xí)合金、組元、相、相結(jié)構(gòu)（固溶體、化物） 純金屬結(jié)晶純金屬結(jié)晶單相。單相。 相圖：相圖： 以溫度為縱坐標(biāo)以溫度為縱坐標(biāo), ,成分為橫坐標(biāo)成分為橫坐標(biāo), ,反映不同成分反映不同成分的合金在任意溫度下所處的平衡相狀態(tài)的圖解。的合金在任意溫度下所處的平衡相狀態(tài)的圖解。 相圖相圖狀態(tài)圖，平衡狀態(tài)圖狀態(tài)圖，平衡狀態(tài)圖 。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 平衡：平衡： 合金從液態(tài)（高溫）到室溫是在極其緩慢的條合金從液態(tài)（高溫）到室溫是在極其緩慢的條件下完成的。件下完成的。 相圖用途：相圖用途： 幫助認(rèn)識相的變化規(guī)律幫助認(rèn)識相的

2、變化規(guī)律 計算任意合金在不同溫度下相和組織含量。計算任意合金在不同溫度下相和組織含量。 幫助制定熱加工工藝：幫助制定熱加工工藝： a.a.鑄造鑄造 、 b.b.鍛造、鍛造、 c.c.熱處理熱處理第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.1相圖的基本知識相圖的基本知識 4.1.1相圖的表示方法相圖的表示方法 相圖反映的是相的平衡狀態(tài)相圖反映的是相的平衡狀態(tài),是在極其緩慢冷卻是在極其緩慢冷卻條件下測定的條件下測定的,以溫度為縱坐標(biāo)以溫度為縱坐標(biāo),成分為橫坐標(biāo)。成分為橫坐標(biāo)。 以以Pb-Sn二元合金相圖為例說明。二元合金相圖為例說明。 溫度：溫度：縱坐標(biāo)縱坐標(biāo) 成分：成分：橫坐標(biāo)，橫坐標(biāo)，用重量百分?jǐn)?shù)表

3、用重量百分?jǐn)?shù)表示示 例例“10”10”表示：表示： 含含SnSn=10%=10%， 含含PbPb=90%=90% 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.1.14.1.1相圖的表示方法相圖的表示方法 相區(qū)用一些字母表示相區(qū)用一些字母表示如：如：L-表示液相區(qū)表示液相區(qū) L+ -表示液相和固相（表示液相和固相（）兩相區(qū)）兩相區(qū) 相區(qū)交界線：相區(qū)交界線： AEAE線線:L:L與與L+L+交界交界線；線；AEB線線:液相線液相線 ；AMENB線線:固相線。固相線。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.1相圖的基本知識相圖的基本知識 4.1.1相圖的表示方法相圖的表示方法 表象點：標(biāo)圖上任意一點，反映給

4、定成分合金在表象點：標(biāo)圖上任意一點，反映給定成分合金在一定溫度下所具有的相的狀態(tài)。一定溫度下所具有的相的狀態(tài)。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.1相圖的基本知識相圖的基本知識 4.1.2二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立 實驗測定實驗測定. 測定原理：合金發(fā)生相變時，會導(dǎo)致物理、力測定原理：合金發(fā)生相變時，會導(dǎo)致物理、力學(xué)性能變化及結(jié)構(gòu)變化。學(xué)性能變化及結(jié)構(gòu)變化。 測定方法：（復(fù)雜相圖需用幾種方法結(jié)合）測定方法：（復(fù)雜相圖需用幾種方法結(jié)合） 熱分析法熱分析法 電阻法電阻法 硬度法硬度法 膨脹法膨脹法 金相法金相法 x-射線檢測法射線檢測法 磁性法磁性法第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4

5、.1相圖的基本知識相圖的基本知識 4.1.2二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立 測定方法：測定方法： 以以Pb-Sn二元相圖為例，說明相圖建立過程。二元相圖為例，說明相圖建立過程。 采用熱分析法測冷卻曲線。采用熱分析法測冷卻曲線。 依據(jù)：相變時放熱，冷卻曲線上有拐點。依據(jù)：相變時放熱，冷卻曲線上有拐點。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.1相圖的基本知識相圖的基本知識 4.1.2二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立 測定步驟：測定步驟：配置幾組不同成分的合金。配置幾組不同成分的合金。 測定上述合金各自冷卻曲線。測定上述合金各自冷卻曲線。 確定各曲線上的拐點（臨界點）溫度。確定各曲線上的拐

6、點（臨界點）溫度。 Cu 0.30 0.50 0.70 Ni1452C1083Ct/ Ct/sa a 冷卻曲線冷卻曲線Lb 相圖第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.14.1相圖的基本知識相圖的基本知識 4.1.24.1.2二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立 測定步驟：測定步驟：將臨界點引入相圖的相應(yīng)位置，將將臨界點引入相圖的相應(yīng)位置，將具有相同意義的點連接起來。具有相同意義的點連接起來。 用字母表示不同相的名稱，填入不同相區(qū)。用字母表示不同相的名稱，填入不同相區(qū)。 Cu 0.30 0.50 0.70 Ni1452C1083Ct/ Ct/sLa a 冷卻曲線冷卻曲線b 相圖第四章：二元相圖第

7、四章：二元相圖 4.1.2二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立 測定步驟：測定步驟： 配幾組成分配幾組成分;測定冷卻曲線測定冷卻曲線; 確定拐點確定拐點（臨界點）溫度（臨界點）溫度; 將臨界點引入相圖將點連接起將臨界點引入相圖將點連接起來來; 用字母表示相區(qū)。用字母表示相區(qū)。 Pb Pb、SnSn相圖的建立相圖的建立第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.1.34.1.3相律及杠桿定律相律及杠桿定律 1.1.相律及應(yīng)用相律及應(yīng)用 作用：作用：幫助分析使用相圖幫助分析使用相圖 判斷相圖是否正確判斷相圖是否正確 （1）相律概念：）相律概念： 表示在相平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的自由度數(shù)，組元表示在相平衡狀態(tài)下

8、，系統(tǒng)的自由度數(shù)，組元數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系。數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系。 表達(dá)式：表達(dá)式：f=C-P+2 f-自由度數(shù)自由度數(shù);C-組元數(shù)組元數(shù);P-相數(shù)相數(shù);2-溫度、壓力。溫度、壓力。 合金結(jié)晶、固態(tài)相變是在恒壓下進(jìn)行（壓力影合金結(jié)晶、固態(tài)相變是在恒壓下進(jìn)行（壓力影響小）響?。?f=C-P+1第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.1.3相律及杠桿定律相律及杠桿定律 1.相律及應(yīng)用相律及應(yīng)用 相律表達(dá)式：相律表達(dá)式：f=C-P+1 f=C-P+1 自由度自由度f:f:當(dāng)合金相數(shù)固定時，合金相可以獨立當(dāng)合金相數(shù)固定時，合金相可以獨立改變的、影響合金狀態(tài)的內(nèi)、外因素的數(shù)目。改變的、影響合金狀態(tài)的內(nèi)、外因素

9、的數(shù)目。 內(nèi)因：成份；外因：溫度。內(nèi)因：成份；外因：溫度。 最大自由度數(shù)：最大自由度數(shù)： 純金屬：純金屬：1個個溫度可變（成份不可變）溫度可變（成份不可變） 二元合金：二元合金：2個個溫度，一個成分溫度，一個成分 三元合金：三元合金：3個個溫度，兩個成分。溫度，兩個成分。 當(dāng)當(dāng)f=0時，溫度、成分都固定。時，溫度、成分都固定。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4 41 13 3相律及杠桿定律相律及杠桿定律 （2 2）相律應(yīng)用：）相律應(yīng)用： 以以Pb-Sn合金為例說明：合金為例說明： 純金屬在恒溫下結(jié)晶。純金屬在恒溫下結(jié)晶。 在熔點，液相、固相共存。在熔點，液相、固相共存。 f=1-2+1=0

10、合金在兩相區(qū)，當(dāng)溫度一定時，兩相成合金在兩相區(qū)，當(dāng)溫度一定時，兩相成 分固定。分固定。 f=2-2+1,只有一個獨立變量。只有一個獨立變量。 例例x成分：成分：C=2;P=2當(dāng)當(dāng)t固定：液相成分為固定：液相成分為x1;固固相成分為相成分為x2. 也說明二元合金在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。也說明二元合金在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 413相律及杠桿定律相律及杠桿定律 （2）相律應(yīng)用：）相律應(yīng)用： 當(dāng)二元合金出現(xiàn)三相平衡時，成分、溫度均恒當(dāng)二元合金出現(xiàn)三相平衡時，成分、溫度均恒定。定。 f=C-P+1=2-3+1=0 例：相圖中在例：相圖中在183，三相：，三相：、L、平衡，

11、其平衡，其成分分別為成分分別為M、E、N點。點。 可確定合金系中最多平衡相數(shù)。可確定合金系中最多平衡相數(shù)。 令：令：f=0 f=0 得：得：P=C+1 P=C+1 純金屬：純金屬： P Pmaxmax=2; =2; 二元合金：二元合金：P Pmaxmax=3; =3; 三元合金：三元合金：P Pmaxmax=4=4第四章：二元相圖第四章：二元相圖 413相律及杠桿定律相律及杠桿定律 2.杠桿定律：杠桿定律： 問題提出：問題提出： 當(dāng)二元合金（成分已知）由兩相組成時兩相的當(dāng)二元合金（成分已知）由兩相組成時兩相的相對重量是多少？相對重量是多少？ 例：例：45鋼（含鋼（含C=0.45%）,鐵素體（鐵

12、素體（F）和）和Fe3C兩相各占多少？兩相各占多少？ 當(dāng)二元合金兩相相對重量已知時，合金成分是當(dāng)二元合金兩相相對重量已知時，合金成分是多少？多少？ 例：金相觀察：例：金相觀察：F:95%; Fe3C：5%；求鋼的含；求鋼的含碳量？碳量？ 杠桿定律可以解決此類問題。杠桿定律可以解決此類問題。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4 41 13 3相律及杠桿定律相律及杠桿定律 2.2.杠桿定律：杠桿定律： 以以Cu-NiCu-Ni二元合金相圖說明二元合金相圖說明, , 計算成分為計算成分為C C的合的合金在金在t t1 1時，時，L L和和兩相的相對重量。兩相的相對重量。 在在t1時，時，L和和兩相

13、成分分別為兩相成分分別為CL ,C 。 設(shè)：合金總重量為設(shè)：合金總重量為1，液相重為，液相重為WL , 相重相重W 則有：則有： WL +W= 1 WLCL +WC= C (液相含液相含Ni量量+固相含固相含Ni量量 =合金含合金含Ni量量) LLCrbCarCWWCLarrbWW第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4 41 13 3相律及杠桿定律相律及杠桿定律 2.2.杠桿定律：杠桿定律： 以以Cu-NiCu-Ni二元合金相圖說明二元合金相圖說明, , 計算成分為計算成分為C C的合的合金在金在t t1 1時，時，L L和和兩相的相對重量。兩相的相對重量。 在在t1時，時，L和和兩相成分分別為

14、兩相成分分別為CL ,C 。 設(shè)：合金總重量為設(shè)：合金總重量為1，液相重為，液相重為WL , 相重相重W 則有：則有： WL +W= 1 WLCL +WC= C(液相含液相含Ni量量+固相含固相含Ni量量 =合金含合金含Ni量量) 解得：解得： 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.1.3相律及杠桿定律相律及杠桿定律 2.杠桿定律：杠桿定律： * *定律適用于二元相圖兩相區(qū)兩相重量的計算。定律適用于二元相圖兩相區(qū)兩相重量的計算。 在單相區(qū)，其相占在單相區(qū)，其相占100% 100% LrbWabarWab第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.14二元相圖的一些幾何規(guī)律二元相圖的一些幾何規(guī)律1.1

15、.兩個單相區(qū)之間必定有一個由這兩個相組成的兩個單相區(qū)之間必定有一個由這兩個相組成的兩相區(qū)，而不能以一條線接界。這個規(guī)律被稱為兩相區(qū)，而不能以一條線接界。這個規(guī)律被稱為。 2. 2. 在二元相圖中，若是三相平衡，則三相區(qū)必為在二元相圖中，若是三相平衡，則三相區(qū)必為一水平線。一水平線。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖4.1.4二元相圖的一些幾何規(guī)律二元相圖的一些幾何規(guī)律 3.3.如果兩個恒溫轉(zhuǎn)變中有兩個相同的相，則這如果兩個恒溫轉(zhuǎn)變中有兩個相同的相，則這兩條水平線之間一定是由這兩個相組成的兩相區(qū)。兩條水平線之間一定是由這兩個相組成的兩相區(qū)。 4.4.當(dāng)兩相區(qū)與單相區(qū)的分界線與三相等溫線相當(dāng)兩相區(qū)

16、與單相區(qū)的分界線與三相等溫線相交則分界線的延長線應(yīng)進(jìn)入另一兩相區(qū)，而不交則分界線的延長線應(yīng)進(jìn)入另一兩相區(qū)，而不會進(jìn)人單相區(qū)。會進(jìn)人單相區(qū)。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 42二元相圖的基本類型二元相圖的基本類型 基本類型：基本類型： a.a.勻晶型勻晶型 b.b.共晶型共晶型 c.c.包晶型包晶型 （復(fù)雜相圖都由簡單類型組合而成）（復(fù)雜相圖都由簡單類型組合而成）第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 勻晶轉(zhuǎn)變：由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程。勻晶轉(zhuǎn)變：由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程。 表達(dá)：表達(dá)：LL 勻晶相圖：當(dāng)合金在液態(tài)和固態(tài)均為無限互溶時勻晶相圖：當(dāng)合金在液態(tài)和固態(tài)均為

17、無限互溶時構(gòu)成的相圖。構(gòu)成的相圖。 二元勻晶系二元勻晶系Cu-Ni;AuCu-Ni;Au-Ag;-Ag;Cu-Au(fcc);Cu-Au(fcc);CrCr-Mo; -Mo; -Fe-Cr;-Fe-V(bcc-Fe-Cr;-Fe-V(bcc)第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 1.相圖分析相圖分析(以以Cu-Ni合金為例合金為例)： A點點:純銅熔點純銅熔點(1083); B點點:純鎳熔點純鎳熔點(1462 )； -液相線；液相線； -固相線固相線 所有合金都在一定溫所有合金都在一定溫度范圍內(nèi)完成結(jié)晶。度范圍內(nèi)完成結(jié)晶。 兩相區(qū)，自由度兩相區(qū)，自由度 f=2-2+1=1f

18、=2-2+1=1第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 2.固溶體合金平衡凝固及組織固溶體合金平衡凝固及組織 平衡凝固：極其緩慢冷卻，平衡凝固：極其緩慢冷卻，凝固每一階段凝固每一階段 都達(dá)到平衡。都達(dá)到平衡。 （1 1）合金結(jié)晶過程。）合金結(jié)晶過程。 以以30%Ni(70%Cu)30%Ni(70%Cu)合金為例合金為例在在t1溫度溫度: 開始結(jié)晶出含開始結(jié)晶出含Ni為為1 成分的晶核成分的晶核 （Ni多，多，Cu少）少） 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.1勻晶相圖勻晶相圖 2.固溶體合金平衡凝固及組織。固溶體合金平衡凝固及組織。 (1)合金結(jié)晶過程合金結(jié)晶過程 以以

19、30%Ni(70%Cu)合金為例合金為例在在t t2 2溫度：溫度： 液相平衡成分為液相平衡成分為L L2 2點，點，相平衡成分為相平衡成分為2 2 點。點。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.14.2.1勻晶相圖勻晶相圖 2.2.固溶體合金平衡凝固及組織。固溶體合金平衡凝固及組織。 (1)合金結(jié)晶過程合金結(jié)晶過程 以以30%Ni(70%Cu)合金為例合金為例 t3 溫度結(jié)晶結(jié)束。各部分成分均勻，為含溫度結(jié)晶結(jié)束。各部分成分均勻，為含30%Ni的的固溶體。固溶體。 平衡結(jié)晶，極其緩冷，平衡結(jié)晶，極其緩冷，L L和和中的中的CuCu、NiNi原子有原子有充分的擴(kuò)散時間。充分的擴(kuò)散時間。第

20、四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 2.固溶體合金平衡凝固及組織。固溶體合金平衡凝固及組織。 結(jié)晶過程示意圖結(jié)晶過程示意圖第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.1勻晶相圖勻晶相圖 2.固溶體合金平衡凝固及組織。固溶體合金平衡凝固及組織。 （2 2）結(jié)晶規(guī)律：）結(jié)晶規(guī)律： 形核、長大形核、長大 （3）結(jié)晶條件）結(jié)晶條件 需過冷，提供驅(qū)動力。需過冷，提供驅(qū)動力。 結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏-提供晶胚。提供晶胚。 能量起伏能量起伏-補(bǔ)償形核功。補(bǔ)償形核功。 成分起伏（濃度起伏）：成分起伏（濃度起伏）：在任一瞬間，液相在任一瞬間，液相中某些微小體積成分偏離于均勻成分，這些微中某些微小體積

21、成分偏離于均勻成分，這些微小體積成分、尺寸、位置在不斷變化。小體積成分、尺寸、位置在不斷變化。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2.固溶體平衡凝固固溶體平衡凝固 (4)結(jié)晶特點（與純金屬相比）結(jié)晶特點（與純金屬相比） 異分結(jié)晶異分結(jié)晶 結(jié)晶出的晶體成分不同于母體成分的結(jié)晶體。結(jié)晶出的晶體成分不同于母體成分的結(jié)晶體。 對對Cu-Ni合金：先結(jié)晶部分富合金：先結(jié)晶部分富Ni，后結(jié)晶部分富，后結(jié)晶部分富Cu。液、固相線距離越大，所需成分起伏越大。液、固相線距離越大，所需成分起伏越大。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2.2.固溶體合金平衡凝固。（固溶體合金平衡凝固。（4 4）固溶體結(jié)晶特點）固溶體結(jié)

22、晶特點平衡分配系數(shù)：平衡分配系數(shù)： 一定溫度下一定溫度下,固固-液兩平衡相中溶質(zhì)濃度之比。液兩平衡相中溶質(zhì)濃度之比。 v若把液、固相線看成直線，若把液、固相線看成直線， 則則K K0 0 = =常數(shù)常數(shù)v當(dāng)當(dāng)K K0 0 1 11時時,K,K0 0 越大。越大。則液、固相線距離越大，所需成分起伏越大。則液、固相線距離越大，所需成分起伏越大。0SLCKC第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2.固溶體合金平衡凝固。（固溶體合金平衡凝固。（4）固溶體結(jié)晶特點）固溶體結(jié)晶特點在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。 隨隨T,T,固相固相，液相，液相，兩相成分分別沿固，兩相成分分別沿固相線，液相線變化

23、。相線，液相線變化。 溶質(zhì)、溶劑不斷擴(kuò)散，在兩相中不斷重新分配。溶質(zhì)、溶劑不斷擴(kuò)散，在兩相中不斷重新分配。只在極其緩冷情況下，才能結(jié)晶出成分均勻的固只在極其緩冷情況下，才能結(jié)晶出成分均勻的固溶體。溶體。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3 3固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。 實際鑄件，結(jié)晶時冷速較快，原子不能充分?jǐn)U實際鑄件，結(jié)晶時冷速較快，原子不能充分?jǐn)U散，結(jié)晶后各處化學(xué)成散，結(jié)晶后各處化學(xué)成 分不均勻。分不均勻。 以以Cu-Ni合金為例：合金為例： 在在T下：下：t1下開始結(jié)晶出下開始結(jié)晶出1；t2下結(jié)晶出下結(jié)晶出2 ； 。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3 3

24、固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。 實際鑄件，結(jié)晶時冷速較快，原子不能充分?jǐn)U實際鑄件，結(jié)晶時冷速較快，原子不能充分?jǐn)U散，結(jié)晶后各處化學(xué)成散，結(jié)晶后各處化學(xué)成 分不均勻。分不均勻。 以以Cu-Ni合金為例：合金為例： 原子不能充分原子不能充分?jǐn)U散（尤其在固擴(kuò)散（尤其在固相中）相中） 先結(jié)晶富先結(jié)晶富Ni;Ni;后結(jié)晶富后結(jié)晶富CuCu。成分不均勻成分不均勻-偏析。偏析。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 3固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。 （1）晶內(nèi)偏析：）晶內(nèi)偏析： 概念：由于不平衡結(jié)晶，使固溶體晶粒內(nèi)部化概念：由于不

25、平衡結(jié)晶，使固溶體晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象學(xué)成分不均勻現(xiàn)象,稱為稱為晶內(nèi)偏晶內(nèi)偏 析析。 由于結(jié)晶成樹枝狀晶由于結(jié)晶成樹枝狀晶-枝晶偏析枝晶偏析。 液、固相線距離越大，則偏析越液、固相線距離越大，則偏析越 嚴(yán)重。嚴(yán)重。 冷速越快，偏析越嚴(yán)重。冷速越快，偏析越嚴(yán)重。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4 42 21 1勻晶相圖勻晶相圖 3 3固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。 （1）晶內(nèi)偏析：）晶內(nèi)偏析： 枝晶偏析對性能影響枝晶偏析對性能影響 力學(xué)性能降低力學(xué)性能降低, ,尤其是塑性、韌性尤其是塑性、韌性 耐蝕性耐蝕性 壓力加工性壓力加工性 消除枝晶偏析方法。消除枝晶偏

26、析方法。 高溫擴(kuò)散退火（均勻化退火）：高溫擴(kuò)散退火（均勻化退火）： 將鑄件加熱至固相線下將鑄件加熱至固相線下100-200100-200長期保溫，長期保溫，使溶質(zhì)、溶劑原子相互擴(kuò)散。使溶質(zhì)、溶劑原子相互擴(kuò)散。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。 （2）區(qū)域偏析）區(qū)域偏析 實際鑄件表面與心部化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象實際鑄件表面與心部化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象宏宏觀偏析。觀偏析。 以以K K 0 0 1 1為例為例 ( (圖示圖示) ) 先結(jié)晶溶質(zhì)含量低（表面），后結(jié)晶溶質(zhì)含量先結(jié)晶溶質(zhì)含量低（表面），后結(jié)晶溶質(zhì)含量高（心部）。高（心部）。 Ko 1第

27、四章：二元相圖第四章：二元相圖 3 3固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。固溶體合金的非平衡結(jié)晶及組織。 （3）區(qū)域提純）區(qū)域提純 從固溶體合金中提取純金屬。從固溶體合金中提取純金屬。(圖示圖示) 依據(jù)：非平衡結(jié)晶，會產(chǎn)生區(qū)域偏析。依據(jù)：非平衡結(jié)晶，會產(chǎn)生區(qū)域偏析。 常采用區(qū)域熔煉法提純金屬。常采用區(qū)域熔煉法提純金屬。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 合金凝固時溶質(zhì)要重新分布，這將產(chǎn)生宏觀偏合金凝固時溶質(zhì)要重新分布，這將產(chǎn)生宏觀偏析和微觀偏析并對晶體的生長形態(tài)產(chǎn)生影響。析和微觀偏析并對晶體的生長形態(tài)產(chǎn)生影響。 圖為勻晶合金的兩種情況。設(shè)

28、合金的濃度為圖為勻晶合金的兩種情況。設(shè)合金的濃度為CoCo，當(dāng)合金冷卻到溫度當(dāng)合金冷卻到溫度ToTo時，液相的濃度為時，液相的濃度為C CL L, ,固相的固相的濃度為濃度為C CS S, ,那么這兩種濃度的比值那么這兩種濃度的比值KoKo被稱為平衡分被稱為平衡分配系數(shù)。配系數(shù)。 Ko=CS/CLKo 1第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.14.2.1勻晶相圖勻晶相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 圖中（圖中（a)為為Ko1的情況，（的情況，（b)為為Ko1的情況。的情況。為使問題簡化我們粗略認(rèn)為液、固相線為直線，為使問題簡化我們粗略認(rèn)為液、固相線為直線

29、，這樣這樣Ko是常數(shù)。多數(shù)合金為是常數(shù)。多數(shù)合金為Ko1情況。情況。 Ko1KoKo1 1第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 4 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 圖中是一個水平放置的圓棒容器中的合金液體圖中是一個水平放置的圓棒容器中的合金液體的定向凝固問題。合金的定向凝固問題。合金KoKo1,1,凝固自左向右進(jìn)行。凝固自左向右進(jìn)行。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (1)平衡冷卻時固相的溶質(zhì)分布平衡冷卻時固相的溶質(zhì)分布 這種情況下，冷速極其緩慢，固體、液體中溶這種情況下，冷速極

30、其緩慢，固體、液體中溶質(zhì)原子都能充分?jǐn)U散。這樣凝固結(jié)束時，各部分質(zhì)原子都能充分?jǐn)U散。這樣凝固結(jié)束時，各部分成分都為成分都為Co，無偏析產(chǎn)生。，無偏析產(chǎn)生。 實際凝固過程中，固相中擴(kuò)散（擴(kuò)散系數(shù)為實際凝固過程中，固相中擴(kuò)散（擴(kuò)散系數(shù)為1 11010-8-8）幾乎不能進(jìn)行而液相中溶質(zhì)可以通過擴(kuò)）幾乎不能進(jìn)行而液相中溶質(zhì)可以通過擴(kuò)散（擴(kuò)散系數(shù)為散（擴(kuò)散系數(shù)為5 51010-5-5） 、對流、攪拌，有不同、對流、攪拌，有不同程度的混合。這種凝固過程叫作正常凝固。一般程度的混合。這種凝固過程叫作正常凝固。一般的實際凝固過程均可視為正常凝固過程。的實際凝固過程均可視為正常凝固過程。第四章：二元相圖第四章：

31、二元相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (2)(2)液體中溶質(zhì)完全混合。（假設(shè)固相無擴(kuò)散）液體中溶質(zhì)完全混合。（假設(shè)固相無擴(kuò)散） 如凝固過程是緩慢的，液體通過擴(kuò)散、對流、如凝固過程是緩慢的，液體通過擴(kuò)散、對流、甚至攪拌充分混合。其定向凝固時液、固相成分甚至攪拌充分混合。其定向凝固時液、固相成分見圖見圖4-8(b)4-8(b)。凝固結(jié)束后，棒中的溶質(zhì)分布見圖。凝固結(jié)束后，棒中的溶質(zhì)分布見圖4-74-7中虛線中虛線圖圖4-8(b)圖圖4-74-7第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (2)(2)液體中溶質(zhì)

32、完全混合的情況液體中溶質(zhì)完全混合的情況 設(shè)設(shè)CoCo為合金的原始濃度，為合金的原始濃度，L L為合金棒的長度，為合金棒的長度，KoKo為平衡分配系數(shù)，為平衡分配系數(shù)，Z Z為固相的長度。為固相的長度。則可以證明則可以證明01001SKZC CKL0101LKZC CL圖圖4-74-7第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.14.2.1勻晶相圖勻晶相圖 (2)(2)液體中溶質(zhì)完全混合的情況液體中溶質(zhì)完全混合的情況 由下式及圖由下式及圖4-74-7可知，可知，KoKo1 1時，如凝固從左到時，如凝固從左到右進(jìn)行則左端得到純化，溶質(zhì)富集于右端。右進(jìn)行則左端得到純化，溶質(zhì)富集于右端。KoKo越越小這

33、種效應(yīng)越明顯。小這種效應(yīng)越明顯。01001SKZCC KL0101LKZCCL圖圖4-74-7第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 (3)(3)液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合）液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合） 當(dāng)凝固速度很快，無攪拌時，固體中無擴(kuò)散而當(dāng)凝固速度很快，無攪拌時，固體中無擴(kuò)散而液體中僅靠擴(kuò)散而混合。這種情況比較符合實際液體中僅靠擴(kuò)散而混合。這種情況比較符合實際凝固情況。凝固過程見圖凝固情況。凝固過程見圖4-8(a)4-8(a)。圖4-7圖圖4-8(a)4-8(a)第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶

34、質(zhì)的質(zhì)量分布 (3)液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合）液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合） 成分成分C0的合金開始凝成的固體成分為的合金開始凝成的固體成分為K0C0。因。因為為K0C0C0,所以有一部分溶質(zhì)原子排到界面前液所以有一部分溶質(zhì)原子排到界面前液相中，在界面處的液相中形成溶質(zhì)原子的堆積。相中，在界面處的液相中形成溶質(zhì)原子的堆積。 以后界面推移過程中，因為固相是由濃度較高以后界面推移過程中，因為固相是由濃度較高的液相凝固成的，所以固相的液相凝固成的，所以固相濃度也逐漸增加。濃度也逐漸增加。（固相表面溶質(zhì)原子排到界（固相表面溶質(zhì)原子排到界面前液相的量面前液相的量 ，界面擴(kuò)散，界面

35、擴(kuò)散出去的溶質(zhì)原子數(shù)出去的溶質(zhì)原子數(shù)）第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (3)液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合）液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合） 當(dāng)界面液相濃度為當(dāng)界面液相濃度為C C0 0/K/K0 0時，界面處固體濃度為時，界面處固體濃度為C C0 0（K0=CS/CL見圖），這時，從固相中排到界面液見圖），這時，從固相中排到界面液相中的溶質(zhì)原子數(shù)等于從界面擴(kuò)散出去的溶質(zhì)原相中的溶質(zhì)原子數(shù)等于從界面擴(kuò)散出去的溶質(zhì)原子數(shù)，凝固達(dá)到穩(wěn)定態(tài)。這以后，界面上及界面子數(shù)，凝固達(dá)到穩(wěn)定態(tài)。這以后，界面上及界面附近的條件不變，

36、即凝附近的條件不變，即凝固進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。在穩(wěn)定態(tài)固進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。在穩(wěn)定態(tài)CsCsC C0 0,C,CL LC C0 0/K/K0 0。在穩(wěn)定在穩(wěn)定階段階段,固相的濃度始終為固相的濃度始終為C C0 0。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (3)(3)液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合）液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合） 凝固后棒中的濃度分布見圖凝固后棒中的濃度分布見圖4-7中點劃線。直到中點劃線。直到凝固快要結(jié)束時由于所剩液體很少，堆集在界面凝固快要結(jié)束時由于所剩液體很少，堆集在界面的溶質(zhì)已無地方擴(kuò)散，于是液相中濃度迅

37、速增高，的溶質(zhì)已無地方擴(kuò)散，于是液相中濃度迅速增高，凝固出的固相濃度也迅速增高凝固出的固相濃度也迅速增高圖4-7圖圖4-8(a)第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (3)(3)液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合）液體中僅通過擴(kuò)散而混合（液相完全不混合） 在穩(wěn)定態(tài)，液相的溶質(zhì)成分分布可表示為。在穩(wěn)定態(tài)，液相的溶質(zhì)成分分布可表示為。 式中，式中，R R是界面移動速度，是界面移動速度，D D是溶質(zhì)在液體中的擴(kuò)是溶質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù)。散系數(shù)。00011RZDLKC CeK第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4固溶

38、體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (4）液體中溶質(zhì)部分混合的情況）液體中溶質(zhì)部分混合的情況 這種情況下凝固過程的溶質(zhì)分布見圖這種情況下凝固過程的溶質(zhì)分布見圖4-8(c4-8(c），），凝固后棒中的濃度分布見圖凝固后棒中的濃度分布見圖4-74-7中實線。中實線。K K0 01 1時與時與上述三種情況類似，只不過溶質(zhì)富集于始端，未上述三種情況類似，只不過溶質(zhì)富集于始端，未端得到提純。端得到提純。圖圖4-8(c)第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布固溶體合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (5)(5)區(qū)域熔煉區(qū)域熔煉 合金定向凝固時合金定向凝固時, ,溶質(zhì)

39、要重新分布。對溶質(zhì)要重新分布。對K K0 01 1的的合金合金, ,溶質(zhì)富集于末端溶質(zhì)富集于末端, ,始端得到提純始端得到提純, ,對對 K K0 01 1的合金的合金, ,溶質(zhì)富集于始端溶質(zhì)富集于始端, ,未端得到提純。未端得到提純。區(qū)域提純技術(shù)：區(qū)域提純技術(shù)： 區(qū)域提純裝置如圖所示。將區(qū)域提純裝置如圖所示。將待提純的金屬棒放在一個長容待提純的金屬棒放在一個長容器（如石墨盤）中，用一個可器（如石墨盤）中，用一個可移動的電爐局部熔化該金屬棒。移動的電爐局部熔化該金屬棒。當(dāng)電爐從一端移動到另一端，當(dāng)電爐從一端移動到另一端，金屬棒得到一次提純。如將這金屬棒得到一次提純。如將這一過程重復(fù)多次則可以把

40、金屬一過程重復(fù)多次則可以把金屬棒的一端提煉得很純。棒的一端提煉得很純。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4. .合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布合金凝固時溶質(zhì)的質(zhì)量分布 (5)區(qū)域熔煉區(qū)域熔煉 例如例如:對于對于K00.1的材料。只需經(jīng)五次區(qū)域熔煉，的材料。只需經(jīng)五次區(qū)域熔煉，就可將前半段的雜質(zhì)平均含量降低至原來的就可將前半段的雜質(zhì)平均含量降低至原來的1/1000。 區(qū)域熔煉常被用來提煉超純的硅、鍺等半導(dǎo)體區(qū)域熔煉常被用來提煉超純的硅、鍺等半導(dǎo)體材料及高純的金屬材料、有機(jī)材料等。材料及高純的金屬材料、有機(jī)材料等。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 5成分過冷成分過冷 凝固必須在有

41、過冷的情況下才能發(fā)生。對純金凝固必須在有過冷的情況下才能發(fā)生。對純金屬，由于凝固過程中熔點始終不變，過冷度完全屬，由于凝固過程中熔點始終不變，過冷度完全決定于實際溫度分布，這樣的過冷叫做熱學(xué)過冷決定于實際溫度分布，這樣的過冷叫做熱學(xué)過冷或簡稱熱過冷?；蚝喎Q熱過冷。 在液態(tài)合金的凝固過程中，即使溶液的實際溫在液態(tài)合金的凝固過程中，即使溶液的實際溫度分布一定，由于溶液中溶質(zhì)分布的變化（度分布一定，由于溶液中溶質(zhì)分布的變化（4-8），），改變了熔點，此時過冷是由成分變化和實際溫度改變了熔點，此時過冷是由成分變化和實際溫度分布兩個因素來決定的。這種過冷，稱為成分過分布兩個因素來決定的。這種過冷，稱為成

42、分過冷。冷。00011RZDLKC CeK第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.14.2.1勻晶相圖勻晶相圖 5.5.成分過冷成分過冷 如圖如圖, ,有一個有一個K K0 01 1的合金，其相圖為（的合金，其相圖為（a a），液），液相的溶質(zhì)分布如（相的溶質(zhì)分布如（c c），分布曲線由），分布曲線由4-84-8表示。利表示。利用相圖可知液相的熔點為用相圖可知液相的熔點為T TL L=T=TA AmCmCL L（m m為液相線為液相線的斜率）。的斜率）。 圖圖a圖圖c c00011RZDLKC CeK第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.1勻晶相圖勻晶相圖 5.成分過冷成分過冷 液相中熔

43、點的分布可通過將液相中熔點的分布可通過將4-8式代人式代人TL=TA mCL中求出中求出 (4-9) 式中式中T TA A為純?nèi)蹌┑娜埸c。為純?nèi)蹌┑娜埸c。(4-9)(4-9)式的曲線見圖式的曲線見圖4- 4- 10(d)10(d)。00011RZDLAmKCeTTK圖圖4- 10(d)第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.14.2.1勻晶相圖勻晶相圖 5.5.成分過冷成分過冷 將實際溫度分布曲線將實際溫度分布曲線(b)與液相熔點分布曲線與液相熔點分布曲線(d)疊加在一起可以得到固一液界面前的成分過冷區(qū)疊加在一起可以得到固一液界面前的成分過冷區(qū) 圖圖(e)中陰影部分中陰影部分。圖圖b b圖圖

44、d d圖圖e第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.14.2.1勻晶相圖勻晶相圖 5.5.成分過冷的條件成分過冷的條件: : 設(shè)液相中實際溫度梯度為設(shè)液相中實際溫度梯度為G，由，由4-9式，界面處式，界面處液相熔點溫度的梯度應(yīng)為液相熔點溫度的梯度應(yīng)為由圖由圖4-10(e)4-10(e)可知出現(xiàn)成分過冷的條件應(yīng)為可知出現(xiàn)成分過冷的條件應(yīng)為 或或 (4-10)(4-10)左邊是外界條件，右邊是合金本身的參數(shù)。左邊是外界條件，右邊是合金本身的參數(shù)。 00011RZDLAmKCeTTK00001ZRLmDdTKCKdZ0001RG mDKCK0001GmRDCKK4-9第四章：二元相圖第四章：二元相

45、圖 4.2.1勻晶相圖勻晶相圖 5.影響成分過冷的因素：影響成分過冷的因素： （1）合金的液相線越陡）合金的液相線越陡(m)，合金含溶質(zhì)濃度越，合金含溶質(zhì)濃度越大大(C0)，液體的擴(kuò)散系數(shù)越小，液體的擴(kuò)散系數(shù)越小(D)，K01時，時，K0越越小，小，K01時時K0越大則成分過冷傾向越大。越大則成分過冷傾向越大。 (2)液相中實際溫度分布（液相中實際溫度分布（G/）越平緩，凝固速）越平緩，凝固速度（度（R）越快，成分過冷傾向越大。）越快，成分過冷傾向越大。0001RGmDKCK0001GmRDCKK第四章：二元相圖第四章：二元相圖 421勻晶相圖勻晶相圖 5成分過冷（總結(jié)）成分過冷（總結(jié)） 純金

46、屬結(jié)晶：純金屬結(jié)晶： 在負(fù)的溫度梯度下在負(fù)的溫度梯度下-樹枝晶。樹枝晶。 在正的溫度梯度下在正的溫度梯度下-平滑界面平滑界面( (平面長大平面長大) )。 固溶體合金，即使在正的溫度梯度下，也會形固溶體合金，即使在正的溫度梯度下，也會形成樹枝晶成樹枝晶-是由于成分過冷造成的。是由于成分過冷造成的。 （1）成分過冷概念：）成分過冷概念： 固溶體合金結(jié)晶時，由于液固界面前沿存在溶質(zhì)固溶體合金結(jié)晶時，由于液固界面前沿存在溶質(zhì) 濃度梯度而改變了過冷情況，稱為成分過冷。濃度梯度而改變了過冷情況，稱為成分過冷。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 4.2.1勻晶相圖勻晶相圖 5.成分過冷（總結(jié)）成分過冷（總

47、結(jié)） （2） 產(chǎn)生成分過冷原因：產(chǎn)生成分過冷原因： 過冷度：過冷度：界面前沿液相實際溫度界面前沿液相實際溫度 2.11%), Fe-C(C2.11%)；Al-Si Al-Cu, Al-Si Al-Cu, Ag-CuAg-Cu第四章：二元相圖第四章：二元相圖 1.共晶相圖分析共晶相圖分析 以以Pb-Sn二元合金相圖為例：二元合金相圖為例： 三個單相區(qū)：三個單相區(qū)：L、 :Sn溶入溶入Pb中固溶體中固溶體 :Pb溶入溶入Sn中固溶體中固溶體 AEB-AEB-液相線液相線 E E點：共晶合金點：共晶合金 AMNB-AMNB-固相線固相線 MEME之間：亞共晶之間：亞共晶 ; ; ENEN之間：過共晶

48、合金之間：過共晶合金 MF-SnMF-Sn在在PbPb中溶解度曲線，隨中溶解度曲線，隨T,T,溶解度溶解度 NG-PbNG-Pb在在SnSn中溶解度曲線中溶解度曲線第四章：二元相圖第四章：二元相圖 1.相圖分析相圖分析 以以Pb-Sn二元合金相圖為例：二元合金相圖為例： 最大特征：三相水平線：最大特征：三相水平線： f=2-3+1=0 溫度恒定，三相成分固定。溫度恒定，三相成分固定。 E點：共晶點點：共晶點 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2.典型合金平衡結(jié)晶及組織典型合金平衡結(jié)晶及組織 (1)固溶體合金的結(jié)晶固溶體合金的結(jié)晶 以含以含Sn=10%的合金為例的合金為例 ：1-21-2點，與勻

49、晶結(jié)晶一樣。點，與勻晶結(jié)晶一樣。 2-32-3點，為單相點，為單相。 3 3點以下：從含點以下：從含SnSn過飽和的過飽和的中析出中析出IIII。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2.典型合金平衡結(jié)晶及組織典型合金平衡結(jié)晶及組織 (1)固溶體合金的結(jié)晶固溶體合金的結(jié)晶 以含以含Sn=10%的合金為例的合金為例 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2典型合金平衡結(jié)晶及組織典型合金平衡結(jié)晶及組織 (1)(1)固溶體合金的結(jié)晶固溶體合金的結(jié)晶 以含以含Sn=10%的合金為例的合金為例 M點以左點以左(),N點以右（點以右（） II-二次晶：常沿晶界析出二次晶：常沿晶界析出;也可在晶內(nèi)析出。也可在晶內(nèi)

50、析出。 室溫組織：室溫組織：+II (畫組織示意圖畫組織示意圖) 室溫組織中兩相相對重量：室溫組織中兩相相對重量：第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2.2.典型合金平衡結(jié)晶及組織典型合金平衡結(jié)晶及組織 (1)固溶體合金的結(jié)晶固溶體合金的結(jié)晶 以含以含Sn=10%的合金為例的合金為例 室溫組織：室溫組織：+II 越靠近越靠近M點，點，II含量越多含量越多II最大量為最大量為:非平衡結(jié)晶同樣也會產(chǎn)生枝晶偏析，區(qū)域偏析。非平衡結(jié)晶同樣也會產(chǎn)生枝晶偏析，區(qū)域偏析。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 （2）共晶合金結(jié)晶過程）共晶合金結(jié)晶過程(61.9%Sn) 室溫組織為：室溫組織為：（ +）共晶體）共晶體

51、第四章：二元相圖第四章：二元相圖 （2）共晶合金結(jié)晶過程）共晶合金結(jié)晶過程(61.9%Sn) 在在183，由，由61.9%Sn的液相，同時結(jié)晶出的液相，同時結(jié)晶出（19%Sn）和）和（97.5%Sn）兩種固溶體。）兩種固溶體。 在在183下，從下，從中析出中析出II；從；從中析出中析出II ; 但兩相與其晶體但兩相與其晶體，混在一起，難分辨?；煸谝黄?，難分辨。 室溫組織為：（室溫組織為：（ +）共晶體）共晶體第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2典型合金平衡結(jié)晶及組織典型合金平衡結(jié)晶及組織 （2）共晶合金結(jié)晶過程）共晶合金結(jié)晶過程(61.9%Sn) 室溫組織為：（室溫組織為：（ +）共晶體）共晶

52、體 共晶體中兩相相對重量（在共晶體中兩相相對重量（在183）：）： 在室溫下共晶體中兩在室溫下共晶體中兩相相對重量相相對重量? ?第四章：二元相圖第四章：二元相圖 （3 3）亞共晶合金結(jié)晶過程）亞共晶合金結(jié)晶過程 含含50%Sn的亞共晶合金的亞共晶合金 轉(zhuǎn)變后，組織由轉(zhuǎn)變后，組織由先共晶相先共晶相與共晶與共晶體（體（+）組成。）組成。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 （3 3）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程 以含以含50%Sn的亞共晶合金為例的亞共晶合金為例1點上：點上：L相相 1- 2點：點：L+:L相成分沿相成分沿AE變化。變化。 相成分沿相成分沿AM

53、變化。變化。 當(dāng)冷至當(dāng)冷至2點（點（183），剩余），剩余L相成分達(dá)到相成分達(dá)到61.9%Sn,發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。 轉(zhuǎn)變后，組織由轉(zhuǎn)變后，組織由先共晶相先共晶相與共晶與共晶體（體（+）組成。）組成。 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 （3）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程 以含以含Sn=50%的亞共晶合金為例：的亞共晶合金為例： 在在183組織相對重量：組織相對重量： 在在183183以下，從先共晶以下，從先共晶中析出中析出IIII（在顯微（在顯微鏡下可見），從共晶體中析出的鏡下可見），從共晶體中析出的IIII看不見?？床灰姟?室溫組織：室溫組織：+

54、(+)+II 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 （3）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程 以含以含50%Sn亞共晶合金為例：亞共晶合金為例： 室溫組織：室溫組織：+(+)+II 室溫組織相對量：室溫組織相對量：第四章：二元相圖第四章：二元相圖 （3 3）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程 以以含含Sn=50%的亞共晶合金為例：的亞共晶合金為例： 室溫組織：室溫組織：+(+)+II 室溫時室溫時、兩相的相對量：兩相的相對量：第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2 2典型合金平衡結(jié)晶及組織典型合金平衡結(jié)晶及組織 （3）亞共晶合金及過共晶

55、合金的結(jié)晶過程）亞共晶合金及過共晶合金的結(jié)晶過程 過共晶合金結(jié)晶過共晶合金結(jié)晶 室溫組織：室溫組織：+(+)+II第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2 2典型合金平衡結(jié)晶及組織典型合金平衡結(jié)晶及組織 亞共晶合金、共晶合金及過共晶合金組織圖對照亞共晶合金、共晶合金及過共晶合金組織圖對照第四章：二元相圖第四章：二元相圖 2典型合金平衡結(jié)晶及組織典型合金平衡結(jié)晶及組織 在相圖上填寫組織組成物在相圖上填寫組織組成物 相圖相圖 組織組成物圖組織組成物圖第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3.共晶組織的形態(tài)：共晶組織的形態(tài)： 共晶共晶: :同時結(jié)晶出兩相同時結(jié)晶出兩相, ,兩相交替形核、長大。兩相交替形核、

56、長大。共晶組織分類共晶組織分類: :按組成相長大時的固按組成相長大時的固-液界面分為三大類。液界面分為三大類。(1)金屬金屬-金屬型（粗糙一粗糙界面）；金屬型（粗糙一粗糙界面）；(2)金屬金屬-非金屬型（粗糙一光滑界面）；非金屬型（粗糙一光滑界面）；(3)非金屬非金屬-非金屬型（光滑一光滑界面）。非金屬型（光滑一光滑界面）。 所有金屬所有金屬-金屬共晶及許多金屬金屬共晶及許多金屬-金屬間化合金屬間化合物共晶為第一類共晶。物共晶為第一類共晶。 它們的顯微組織形態(tài)大多呈層片狀、棒狀或纖它們的顯微組織形態(tài)大多呈層片狀、棒狀或纖維狀。形成層片狀還是棒狀共晶，在某些條件下維狀。形成層片狀還是棒狀共晶，在

57、某些條件下會受生長速率、結(jié)晶前沿溫度梯度的影響，但主會受生長速率、結(jié)晶前沿溫度梯度的影響，但主要受界面能控制。要受界面能控制。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3.共晶組織的形態(tài)：共晶組織的形態(tài)： 共晶共晶: :同時結(jié)晶出兩相同時結(jié)晶出兩相, ,兩相交替形核、長大。兩相交替形核、長大。形態(tài)有形態(tài)有:層片狀、棒狀、球狀、針狀、螺旋狀層片狀、棒狀、球狀、針狀、螺旋狀第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3.共晶組織的形態(tài)共晶組織的形態(tài) 共晶兩相交替形核、長大機(jī)理共晶兩相交替形核、長大機(jī)理 近代研究表明，在大多數(shù)粗糙近代研究表明，在大多數(shù)粗糙-粗糙界面共晶粗糙界面共晶合金的過冷液體中，總是有一相首先形核

58、，它被合金的過冷液體中，總是有一相首先形核，它被稱為領(lǐng)先相。第二相往往以領(lǐng)先相為基底析出。稱為領(lǐng)先相。第二相往往以領(lǐng)先相為基底析出。 在共晶增殖期間，兩個組成相不是獨立地重新在共晶增殖期間，兩個組成相不是獨立地重新形核，而是通過所謂橫向的形核，而是通過所謂橫向的“搭橋搭橋”使各片層連使各片層連在一起。每一層片不是一個單獨的晶粒，而是高在一起。每一層片不是一個單獨的晶粒，而是高度分叉的單個長大單元的一部分。度分叉的單個長大單元的一部分。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3.共晶組織的形態(tài)共晶組織的形態(tài) 共晶形核、長大機(jī)理共晶形核、長大機(jī)理 下圖示意地表示了在共晶合金中層片相鄰形核下圖示意地表示了

59、在共晶合金中層片相鄰形核和增殖的情況。這種形核和增殖機(jī)構(gòu)稱為和增殖的情況。這種形核和增殖機(jī)構(gòu)稱為“搭橋搭橋機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)”、X X射線和電子衍射證明一個共晶團(tuán)中相同射線和電子衍射證明一個共晶團(tuán)中相同相各片層基本上具有相同的位向。相各片層基本上具有相同的位向。第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3.共晶組織的形態(tài)共晶組織的形態(tài) 共晶交替形核、長大。共晶交替形核、長大。粗糙粗糙-粗糙界面共晶團(tuán)的長大。粗糙界面共晶團(tuán)的長大。 由于金屬由于金屬-金屬型共晶的固金屬型共晶的固-液界面是粗糙界液界面是粗糙界面，所以其界面向前生長不取決于結(jié)晶的性質(zhì)，面，所以其界面向前生長不取決于結(jié)晶的性質(zhì)，而取決于熱流的方向。而取

60、決于熱流的方向。 兩相并排長大方向垂直于固兩相并排長大方向垂直于固-液界面。由于兩液界面。由于兩相之間的片層間距很小，在長大過程中橫向擴(kuò)散相之間的片層間距很小，在長大過程中橫向擴(kuò)散是主要的。是主要的。 層片狀共晶層片狀共晶前沿液相中原前沿液相中原子擴(kuò)散示意圖子擴(kuò)散示意圖 第四章：二元相圖第四章：二元相圖 3.共晶組織的形態(tài)共晶組織的形態(tài) 粗糙粗糙-粗糙界面共晶團(tuán)的長大粗糙界面共晶團(tuán)的長大 界面生長取決于熱流的方向，兩相長大方向垂直界面生長取決于熱流的方向，兩相長大方向垂直于固于固-液界面。長大過程中主要是橫向擴(kuò)散。液界面。長大過程中主要是橫向擴(kuò)散。 相前沿是富相前沿是富B B組元的，組元的，相