二元合金相圖(很好很強(qiáng)大)

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(guò)程；、掌握幾種基本的二元相圖及其相變過(guò)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(diǎn)：本節(jié)要點(diǎn)：合金的結(jié)晶過(guò)程比純金屬?gòu)?fù)雜，常用合金的結(jié)晶過(guò)程比純金屬?gòu)?fù)雜，常用相圖相圖進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。相圖相圖是用來(lái)表示是用來(lái)表示合金系中各合金合金系中各合金在緩冷條件下在緩冷條件下結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程的簡(jiǎn)明圖解，的簡(jiǎn)明圖解，又稱(chēng)又稱(chēng)狀態(tài)圖狀態(tài)圖或或平衡圖平衡圖。l組元組元是指組成合金的最簡(jiǎn)是指組成合金的最簡(jiǎn)單、最基本、能夠獨(dú)立存單、最基本、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)。在的

2、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(duì)于。但對(duì)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 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(diǎn)作水平線，點(diǎn)作水平線，其與液固相線交點(diǎn)其與液固相線交點(diǎn)a a、b b所所對(duì)應(yīng)的成分對(duì)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

3、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)的長(zhǎng)度。的長(zhǎng)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. 0

4、58. 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(wú)限互溶時(shí)態(tài)下均無(wú)限互溶時(shí)所構(gòu)成的相圖稱(chēng)所構(gòu)成的相圖稱(chēng)二二元?jiǎng)蚓鄨D元?jiǎng)蚓鄨D。1、二元?jiǎng)蚓鄨D、二元?jiǎng)蚓鄨D LL+ 成分（成分（wt%Ni）溫度（溫度（）CuNi液相線固相線 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(shí)，開(kāi)始結(jié)溫度時(shí)，開(kāi)始結(jié)晶出成分為晶出成分為 1 1的的固溶體，其固溶體，其N(xiāo)iNi含含量高于合金平均量高于合金平均成分。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(chēng)為轉(zhuǎn)變稱(chēng)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

5、回到合金成分回到合金成分 3 3上上來(lái)。來(lái)。 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(shí)兩相的成分變化時(shí)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相線以下100-200100-200長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間保溫，以使原子充分?jǐn)U散、成分均勻，消除時(shí)間保溫，以使原子充分?jǐn)U散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱(chēng)作枝晶偏析，這種熱處理工藝稱(chēng)作擴(kuò)散退火擴(kuò)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A

6、EB，固相線固相線ACEDB。A、B分分別為別為Pb、Sn的熔點(diǎn)。的熔點(diǎn)。在一定溫度下，由一定成在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變稱(chēng)作固相的轉(zhuǎn)變稱(chēng)作共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變或或共晶反應(yīng)。共晶反應(yīng)。 Pb-Sn共晶組織共晶組織共晶體長(zhǎng)大示意圖共晶體長(zhǎng)大示意圖 Sn原子原子擴(kuò)散擴(kuò)散Pb原子原子擴(kuò)散擴(kuò)散 晶點(diǎn)以右的合晶點(diǎn)以右的合金稱(chēng)金稱(chēng)過(guò)共晶合過(guò)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(shù)枝狀共晶樹(shù)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

7、.45%1002 .195 .979 .615 .97%100 QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2)室溫下兩相的相對(duì)重量百分比是多少？室溫下兩相的相對(duì)重量百分比是多少？FGFEQ,FGGEQ Pb-Sn共晶合金組織共晶合金組織.2H%1004 FGFQ 室溫下室溫下 的相對(duì)重量百分比為：的相對(duì)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(xì)小一般十分細(xì)小 成分大于成分大于 D點(diǎn)合

8、金結(jié)晶點(diǎn)合金結(jié)晶過(guò)程與過(guò)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)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)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)：?jiǎn)蜗鄥^(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

9、個(gè)液相包著一個(gè)一個(gè)液相包著一個(gè)固相生成另一新固固相生成另一新固相的反應(yīng)稱(chēng)相的反應(yīng)稱(chēng)包晶轉(zhuǎn)包晶轉(zhuǎn)變變或或包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)。時(shí)間溫度時(shí)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(shí)析出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的固相同時(shí)析出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過(guò)程。的過(guò)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(diǎn) 以 左 的 合析 點(diǎn) 以 左 的 合金金)、過(guò)共析合過(guò)共析合金金(共析線上共共析線上共析 點(diǎn) 以 右 的 合析 點(diǎn) 以

10、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(guò)冷度大，轉(zhuǎn)變過(guò)冷度大，因而共析組織比因而共析組織比共晶組織細(xì)。共晶組織細(xì)。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(gè)單平線必定與三個(gè)單相區(qū)點(diǎn)接觸。相區(qū)點(diǎn)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

11、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(gè)是三相區(qū)，其三個(gè)相由與該三相區(qū)點(diǎn)相由與該三相區(qū)點(diǎn)接觸的三個(gè)單相區(qū)接觸的三個(gè)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(jìn)入相數(shù)少區(qū)進(jìn)入相數(shù)少的相區(qū)曲線向的相區(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(shí)，冷卻曲變時(shí)，冷卻曲線呈一水平臺(tái)線呈一水平臺(tái)階。階。 計(jì)算各相、各計(jì)算各相、各組織組成物相對(duì)組織組成物相對(duì)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(shù)枝晶發(fā)達(dá)樹(shù)枝晶發(fā)達(dá), 流動(dòng)流動(dòng)性降低性降低, 補(bǔ)縮能力下補(bǔ)縮能力下降降, 分散縮孔增加。分散縮孔增加