二元合金相圖（課堂PPT）

1、1 1、掌握合金結(jié)晶的基本概念；、掌握合金結(jié)晶的基本概念；2 2、掌握幾種基本的二元相圖及其相變過程；、掌握幾種基本的二元相圖及其相變過程；3 3、能夠利用相圖判定一定條件下的金屬性能。、能夠利用相圖判定一定條件下的金屬性能。本節(jié)要點：本節(jié)要點：l組元組元是指組成合金的最簡是指組成合金的最簡單、最基本、能夠獨立存單、最基本、能夠獨立存在的物質(zhì)。在的物質(zhì)。l多數(shù)情況下多數(shù)情況下組元是指組成組元是指組成合金的元素合金的元素。但對于。但對于既不既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的化合物也可看作組反應(yīng)的化合物也可看作組元元, , 如如Fe-CFe-C合金中的合金中的FeFe3 3C

2、C。Cu-Ni合金相圖合金相圖L 成分（成分（wt %Ni）溫度（溫度（）CuNiFe-C二元相圖二元相圖三元相圖三元相圖分垂線。在成分垂線相當(dāng)分垂線。在成分垂線相當(dāng)于溫度于溫度t t 的的o o點作水平線，點作水平線，其與液固相線交點其與液固相線交點a a、b b所所對應(yīng)的成分對應(yīng)的成分x x1 1、x x2 2即分別即分別為液相和固相的成分。為液相和固相的成分。1 12 2 t t以以Cu-Ni合金為例推導(dǎo)杠桿定律合金為例推導(dǎo)杠桿定律121122LxxxxQxxxxQ 式中的式中的x2-x、x2-x1、x-x1即為相圖中線段即為相圖中線段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x1x(ao

3、)的長度。的長度。 設(shè)合金的重量為設(shè)合金的重量為1 1，液相重量為，液相重量為Q QL L，固相重量為，固相重量為Q Q 。abaoxxxxQabobxxxxQL211212兩相的重量比為：兩相的重量比為：2112)(xxQxxQaoobxxxxQQLL或%5 .61%10045. 058. 045. 053. 0 Q%5 .38%10045. 058. 053. 058. 0 LQ 兩組元在液態(tài)和固兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無限互溶時態(tài)下均無限互溶時所構(gòu)成的相圖稱所構(gòu)成的相圖稱二二元勻晶相圖元勻晶相圖。1、二元勻晶相圖、二元勻晶相圖 LL+ 成分（成分（wt%Ni）溫度（溫度（）CuNi液相線固

4、相線 當(dāng)液態(tài)金屬自當(dāng)液態(tài)金屬自高溫冷卻到高溫冷卻到 t t1 1溫度時，開始溫度時，開始結(jié)晶出成分為結(jié)晶出成分為 1 1的固溶體，其的固溶體，其NiNi含量高于合含量高于合金平均成分。金平均成分。L L+ 這種從液相中結(jié)晶出單一固相的這種從液相中結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變或或勻晶反應(yīng)勻晶反應(yīng)。 固溶體的成分又變固溶體的成分又變回到合金成分回到合金成分 3 3上上來。來。 液固相線不僅是相液固相線不僅是相區(qū)分界線區(qū)分界線, ,也是結(jié)晶也是結(jié)晶時兩相的成分變化時兩相的成分變化線；線；勻晶轉(zhuǎn)變是變勻晶轉(zhuǎn)變是變溫轉(zhuǎn)變。溫轉(zhuǎn)變。 生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固相線以下生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固

5、相線以下100-200100-200長長時間保溫，以使原子充分擴散、成分均勻，消時間保溫，以使原子充分擴散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴散退火擴散退火。平衡組織平衡組織枝晶偏析組織枝晶偏析組織Pb-Sn合金相圖合金相圖成分（成分（wt%Sn）溫度（溫度（）PbSnAB 液固相線：液固相線：液相線液相線AEB，固相線固相線ACEDB。A、B分分別為別為Pb、Sn的熔點。的熔點。在一定溫度下，由一定在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出成分的液相同時結(jié)晶出兩個成分和結(jié)構(gòu)都不相兩個成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變稱作同的新固相的轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變

6、或或共晶反應(yīng)。共晶反應(yīng)。 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 晶點以右的合晶點以右的合金稱金稱過共晶合過共晶合金金。L+L+ C CD DA AB B19.2wt%Sn溫度溫度, 1針狀共晶針狀共晶樹枝狀共晶樹枝狀共晶放射狀共晶放射狀共晶螺旋狀共晶螺旋狀共晶%6 .54%100%4 .45%1002 .195 .979 .615 .97%100 QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2)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？FGFEQ,FGGEQ Pb-Sn共晶合金組織共晶合金組織.2

7、H%1004 FGFQ 室溫下室溫下 的相對重量百分比為：的相對重量百分比為： 由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表示。 隨溫度下降，隨溫度下降， 和和 相的成分分別沿相的成分分別沿CF線和線和DG線變線變化，化， 的重量增加。的重量增加。Q Q由于二次相析由于二次相析出溫度較低，出溫度較低，一般十分細小一般十分細小 成分大于成分大于 D點合金結(jié)晶點合金結(jié)晶過程與過程與合金相似，合金相似，室室溫組織為溫組織為 + 。ABCDEFG%1002%,1002)( CEEQCECQQEL %1002%,1002 CDCQCDDQ %CEEQ%,CEC10021002 亞共晶合金的亞共晶合金的結(jié)晶

8、過程結(jié)晶過程 和和 , 和和 ,共晶體共晶體( + )都是組都是組織組成物。織組成物。相與相之間的相與相之間的差別主要在差別主要在結(jié)構(gòu)和成分結(jié)構(gòu)和成分上。上。Pb-Sn亞共晶組織亞共晶組織L+L+L +單相區(qū)：單相區(qū)：L、 、二相區(qū)：二相區(qū)：L+ 、 L+ 、 + 三相區(qū)：三相區(qū)：L+ + （水平（水平線線PDC）在一定溫度下，由在一定溫度下，由一個液相包著一個一個液相包著一個固相生成另一新固固相生成另一新固相的反應(yīng)稱相的反應(yīng)稱包晶轉(zhuǎn)包晶轉(zhuǎn)變變或或包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)。時間溫度時間溫度共析反應(yīng)共析反應(yīng)(共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變)是指在一定溫度下，由一定成分是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時析出兩個成分

9、和結(jié)構(gòu)完全不同的新固的固相同時析出兩個成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過程。相的過程。PS( 奧氏體，奧氏體， 鐵素體，鐵素體，F(xiàn)e3C滲碳體滲碳體)金金(共析成分合共析成分合金金)、亞共析合亞共析合金金(共析線上共共析線上共析 點 以 左 的 合析 點 以 左 的 合金金)、過共析合過共析合金金(共析線上共共析線上共析 點 以 右 的 合析 點 以 右 的 合金金)。鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖l與共晶反應(yīng)不同與共晶反應(yīng)不同的是，的是，共析反應(yīng)共析反應(yīng)的母相是固相，的母相是固相，而不是液相。而不是液相。l另外，由于固態(tài)另外，由于固態(tài)轉(zhuǎn)變過冷度大，轉(zhuǎn)變過冷度大，因而共析組織比因而共析組織比共晶組織細。

10、共晶組織細。珠光體珠光體Fe- Fe3C相圖相圖 靠純組元的封閉靠純組元的封閉 區(qū)是以該組元為單區(qū)是以該組元為單 相固溶體區(qū)；相固溶體區(qū)； 相圖中每一條水相圖中每一條水平線必定與三個單平線必定與三個單相區(qū)點接觸。相區(qū)點接觸。Fe- Fe3C相圖相圖 區(qū)，該兩相區(qū)的相區(qū)，該兩相區(qū)的相由兩相鄰單相區(qū)的由兩相鄰單相區(qū)的相組成。相組成。 三相區(qū)的確定：三相區(qū)的確定：二二元相圖中的水平線元相圖中的水平線是三相區(qū)，其三個是三相區(qū)，其三個相由與該三相區(qū)點相由與該三相區(qū)點接觸的三個單相區(qū)接觸的三個單相區(qū)的相組成。的相組成。Fe-Fe3C相圖相圖b. 由相數(shù)多的相由相數(shù)多的相區(qū)進入相數(shù)少區(qū)進入相數(shù)少的相區(qū)曲線向

11、的相區(qū)曲線向左拐。左拐。 發(fā)生三等溫轉(zhuǎn)發(fā)生三等溫轉(zhuǎn)變時，冷卻曲變時，冷卻曲線呈一水平臺線呈一水平臺階。階。 計算各相、各計算各相、各組織組成物相對組織組成物相對重量百分比：重量百分比：a. 在單相區(qū)，合金在單相區(qū)，合金由單相組成，相由單相組成，相的成分、重量即的成分、重量即合金的成分、重合金的成分、重量。量。合金成分合金成分相相1成分成分相相2成分成分相相1重量重量相相2重量重量合金成分合金成分組織組織1成分成分組織組織2成分成分組織組織1重量重量組織組織2重量重量固溶體合金液固相線固溶體合金液固相線間距越大、偏析傾向間距越大、偏析傾向大大, 樹枝晶發(fā)達樹枝晶發(fā)達, 流動流動性降低性降低, 補縮能力下補縮能力下降降, 分散縮孔增加。分散縮孔增加。 共晶合金