材料科學(xué)導(dǎo)論-第7章2

1、 兩組元兩組元A A、B B，在液態(tài)可無(wú)限互溶，在液態(tài)可無(wú)限互溶 固態(tài)只能部分互溶固態(tài)只能部分互溶 甚至完全不溶。甚至完全不溶。 兩組元的混合物使合金的熔點(diǎn)比各組元低，兩組元的混合物使合金的熔點(diǎn)比各組元低， 液相線從兩端純組元向中間凹下液相線從兩端純組元向中間凹下, ,兩條液相線的交兩條液相線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為共晶溫度。點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為共晶溫度。2. 2. 共晶相圖共晶相圖( (Eutectic phase diagram Eutectic phase diagram ) ) 具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的相圖具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的相圖簡(jiǎn)單共晶相圖簡(jiǎn)單共晶相圖L LA+BA+BA AB BL+AL+AL

2、+BL+Bw wB B% %兩組元完全不溶兩組元完全不溶典型二元共晶相圖典型二元共晶相圖有限互溶有限互溶1）相圖分析）相圖分析L+L+L+液相線液相線液相線液相線固相線固相線固相線固相線固溶線固溶線固溶線固溶線固溶線固溶線固溶線固溶線固溶線固溶線 B B原子溶入原子溶入A A基體中形成的固溶體基體中形成的固溶體 A A原子溶入原子溶入B B基體中形成的固溶體基體中形成的固溶體固溶線，固溶度曲線：反映不同溫度時(shí)的溶解度變固溶線，固溶度曲線：反映不同溫度時(shí)的溶解度變化?；+L+L+共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變？ 二、發(fā)生共晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶 Pb-SnPb-Sn、Al-SiAl-Si、Ag-CuAg-Cu

3、合金具有共晶相圖。合金具有共晶相圖。 Pb-SnPb-Sn合金相圖中有三個(gè)單相區(qū)合金相圖中有三個(gè)單相區(qū): : L L：PbPb與與SnSn形成的液溶體形成的液溶體 ：SnSn溶于溶于PbPb中的有限固溶體中的有限固溶體 ：PbPb溶于溶于SnSn中的有限固溶體中的有限固溶體 三個(gè)雙相區(qū)：三個(gè)雙相區(qū)：L+L+、L L+、+ 一條一條L+L+三相共三相共存線存線( (水平線水平線cdecde ) )。 這種相圖稱這種相圖稱共晶相圖共晶相圖。Pb-Sn合金相圖合金相圖 d d點(diǎn)為點(diǎn)為共晶點(diǎn)共晶點(diǎn), , 表示表示d d點(diǎn)成分點(diǎn)成分( (共晶成分共晶成分) )的液相的液相合金冷卻到合金冷卻到d d點(diǎn)溫度

4、點(diǎn)溫度( (共晶溫度共晶溫度) )時(shí)時(shí), , 共同結(jié)晶出共同結(jié)晶出c c點(diǎn)點(diǎn)成分的成分的相和相和e e 點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的 相。相。 L Ld d(c c+e e) ) 共晶反應(yīng)：共晶反應(yīng)：一種液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩種一種液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)，生成的兩相固相的反應(yīng)，生成的兩相混合物叫混合物叫共晶體共晶體。 發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)三發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)三相共存相共存, , 三相各自成分三相各自成分確定確定, , 恒溫進(jìn)行。恒溫進(jìn)行。 Pb-Sn合金相圖合金相圖 水平線水平線cdecde為共晶反應(yīng)線為共晶反應(yīng)線, , 成分在成分在cece之間的合之間的合金平衡結(jié)晶時(shí)都會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)。金平衡結(jié)晶時(shí)

5、都會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)。 cfcf 線線為為SnSn在在PbPb中的溶解度線中的溶解度線(相的固溶線相的固溶線) )。SnSn含量大于含量大于f f點(diǎn)的合金從高溫冷卻到室溫時(shí)點(diǎn)的合金從高溫冷卻到室溫時(shí), , 從從相中析出相中析出相，叫二次相，叫二次：IIII。 egeg線線為為PbPb在在SnSn中中溶解度線。溶解度線。SnSn含量小含量小g g點(diǎn)的合金點(diǎn)的合金, , 冷卻過(guò)程冷卻過(guò)程中同樣發(fā)生二次結(jié)晶中同樣發(fā)生二次結(jié)晶, , 析出二次析出二次。 1. 1. 合金合金I I的平衡結(jié)晶過(guò)程的平衡結(jié)晶過(guò)程 合金室溫組織為合金室溫組織為+IIII 。 其組成相是：其組成相是：f f點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的相相 g

6、 g點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的相相。 運(yùn)用杠桿定律運(yùn)用杠桿定律, , 兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 組織組成物可以是單相組織組成物可以是單相, , 或是兩相混合物?；蚴莾上嗷旌衔?。組織組成物組織組成物 合金組織中那些具有合金組織中那些具有確定本質(zhì)確定本質(zhì), , 一定形成機(jī)制的特殊一定形成機(jī)制的特殊形態(tài)的組成部分形態(tài)的組成部分。 合金合金I I的室溫組織為的室溫組織為+IIII 組織由組織由和和II II 二部分組成二部分組成, , 和和IIII為組織組成物。為組織組成物。 組織組成物組織組成物和和IIII 都為單相組成都為單相組成, , 所所以組織組成物以組織組成物、IIII的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與組成相的

7、質(zhì)量分?jǐn)?shù)與組成相、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等。的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等。 2. 2. 合金合金II(II(共晶合金共晶合金) )的結(jié)晶過(guò)程的結(jié)晶過(guò)程 合金的室溫組織：合金的室溫組織：共晶體共晶體(+)(+) 組織組成物：組織組成物：(+)(+) 組成相：組成相：和和相相共晶合金組織的形態(tài)共晶合金組織的形態(tài) 3. 3. 合金合金(亞共晶合金亞共晶合金) )的結(jié)晶過(guò)程的結(jié)晶過(guò)程 合金室溫組織：合金室溫組織：初生初生+二次二次+(+)+(+) 組織組成物：組織組成物：、二次、二次、(+)(+) 組成相：組成相：、 組成相組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 過(guò)共晶合金過(guò)共晶合金( (合金合金)： 位于共晶點(diǎn)右邊位于共晶點(diǎn)右

8、邊, , 成分在成分在 dede之間的合金。之間的合金。 練習(xí)：練習(xí)：分析過(guò)共晶合金的結(jié)晶過(guò)程。分析過(guò)共晶合金的結(jié)晶過(guò)程。 過(guò)共晶合金過(guò)共晶合金室溫組織為室溫組織為: : 初生初生+二次二次+(+)+(+)亞共晶合金組織亞共晶合金組織 過(guò)共晶合金組織過(guò)共晶合金組織 亞共晶合金和過(guò)共晶合金組織亞共晶合金和過(guò)共晶合金組織初生初生+二次二次+(+)+(+) 初生初生+二次二次+(+)+(+)2）共晶合金的平衡凝固）共晶合金的平衡凝固合金合金的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程 亞共晶合金的冷卻曲線及結(jié)晶亞共晶合金的冷卻曲線及結(jié)晶 CdCd-Bi-Bi二元相圖二元相圖Pb-Sn相圖相圖分析實(shí)例分析

9、實(shí)例分析實(shí)例w wSnSn19%19%的合金的合金二次相或次生相二次相或次生相IIII%08. 0%1002100210%10010fgfwII共晶合金共晶合金%4 .45%100195 .979 .615 .97%100cdedw%6 .54%100195 .97199 .61%100cdcew（a a）含）含40%Sn40%Sn的合金在的合金在230230時(shí)。時(shí)。（b b）含）含40%Sn40%Sn的合金剛冷卻到的合金剛冷卻到183183時(shí)。時(shí)。（c c）含）含40%Sn40%Sn的合金剛冷卻到的合金剛冷卻到183183以下時(shí)。以下時(shí)。48153）非平衡凝固）非平衡凝固 三、發(fā)生包晶反應(yīng)的

10、合金的結(jié)晶 Pt-AgPt-Ag、Ag-SnAg-Sn、Sn-SbSn-Sb合金具有包晶相圖。合金具有包晶相圖。Pt-Ag合金相圖合金相圖 Pt-Ag Pt-Ag合金相圖中合金相圖中存在三種相存在三種相: : L L相相: :PtPt與與AgAg形成形成的的液溶體液溶體 相相: :AgAg溶于溶于PtPt中的中的有限固溶體有限固溶體 相相: :PtPt溶于溶于AgAg中中的的有限固溶體有限固溶體 e e點(diǎn)點(diǎn)為包晶點(diǎn)。為包晶點(diǎn)。 e e點(diǎn)成分的合金冷卻到點(diǎn)成分的合金冷卻到 e e點(diǎn)溫度點(diǎn)溫度( (包晶溫度包晶溫度) )時(shí)發(fā)生時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng)：包晶反應(yīng)： L+L+ 。 反應(yīng)時(shí)三相共存反應(yīng)時(shí)三相共存,

11、 , 它它們的成分確定們的成分確定, , 恒溫進(jìn)行。恒溫進(jìn)行。 水平線水平線cedced 為包晶反為包晶反應(yīng)線。應(yīng)線。 cfcf為為AgAg在在中的溶解中的溶解度線度線, , egeg為為PtPt在在中的溶解中的溶解度線。度線。 2 222點(diǎn)點(diǎn) c c點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的相與相與d d點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的L L相相發(fā)生包晶反應(yīng)：發(fā)生包晶反應(yīng)：L+L+ 反應(yīng)結(jié)束反應(yīng)結(jié)束, , L L相與相與相正好全部反應(yīng)耗盡相正好全部反應(yīng)耗盡, , 形成形成e e點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的固溶體。固溶體。 223 3點(diǎn)點(diǎn) 中析出二次中析出二次 。合金合金I I的結(jié)晶過(guò)程的結(jié)晶過(guò)程室溫組織室溫組織+二次二次組成相組成相 、 3.4

12、 3.4 二元包晶相圖二元包晶相圖Pt-AgPt-Ag相圖相圖PDCL包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)peritecticperitectic reaction reactionL在一定溫度下，由一固定成分的液相與一個(gè)固定成分的在一定溫度下，由一固定成分的液相與一個(gè)固定成分的固相作用，生成另一個(gè)成分固相的反應(yīng)，稱為包晶反應(yīng)。固相作用，生成另一個(gè)成分固相的反應(yīng)，稱為包晶反應(yīng)。相圖分析相圖分析液相線液相線固相線固相線固溶線固溶線結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程計(jì)算包晶反應(yīng)時(shí)的相對(duì)含量計(jì)算包晶反應(yīng)時(shí)的相對(duì)含量%100DCDPwL%100DCPCw4. 4. 其他類型的二元相圖其他類型的二元相圖1）具有化合物的二元相圖）具有化合物的

13、二元相圖相圖中間存在化合物，故又稱相圖中間存在化合物，故又稱。穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物和和不穩(wěn)定化物不穩(wěn)定化物。穩(wěn)定化合物是指有確定的熔點(diǎn)，可熔化成與固態(tài)相同穩(wěn)定化合物是指有確定的熔點(diǎn)，可熔化成與固態(tài)相同成分液體的化合物，也稱為成分液體的化合物，也稱為一致熔融化合物一致熔融化合物；不穩(wěn)定化合物不能熔化成與固態(tài)相同成分的液體，當(dāng)不穩(wěn)定化合物不能熔化成與固態(tài)相同成分的液體，當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)相。加熱到一定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)相。（1 1）形成穩(wěn)定化合物的相圖）形成穩(wěn)定化合物的相圖 xB0.00.20.40.60.81.015001000s(C)+s(B)l

14、(A+B)t/l(A+B)+s(B)E1500l(A+B)+s(A)Mg(A)Si(B)Mg2Si(C)s(A)+s(C)s(C)+l(A+B)E2l(A+B)*At*Bt1430638650s(C)+ 五、含有穩(wěn)定化合物的合金的結(jié)晶 穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物: :具有一定的化學(xué)成分、固定的具有一定的化學(xué)成分、固定的熔點(diǎn)熔點(diǎn), , 熔化前不分解熔化前不分解, , 也不發(fā)生其它化學(xué)反應(yīng)。也不發(fā)生其它化學(xué)反應(yīng)。 如如:Mg-Si:Mg-Si合金能形成穩(wěn)定化合物合金能形成穩(wěn)定化合物MgMg2 2SiSi。 Mg-SiMg-Si合金相圖屬于含有穩(wěn)定化合物的相圖合金相圖屬于含有穩(wěn)定化合物的相圖 把穩(wěn)定化合物

15、看成把穩(wěn)定化合物看成獨(dú)立的組元獨(dú)立的組元, , 相圖分成相圖分成幾個(gè)簡(jiǎn)單相圖。幾個(gè)簡(jiǎn)單相圖。 Mg-SiMg-Si相圖可分為相圖可分為Mg-MgMg-Mg2 2SiSi和和MgMg2 2Si-SiSi-Si兩個(gè)相圖分析。兩個(gè)相圖分析。含有穩(wěn)定化合物的相圖含有穩(wěn)定化合物的相圖（2 2）形成不穩(wěn)定化合物的相圖）形成不穩(wěn)定化合物的相圖 （3 3）固相中有化合物分解和生成的二元系統(tǒng)相圖）固相中有化合物分解和生成的二元系統(tǒng)相圖 3 3）具有固態(tài)相變的二元相圖）具有固態(tài)相變的二元相圖（1 1）具有固溶體多晶型）具有固溶體多晶型轉(zhuǎn)變的相圖轉(zhuǎn)變的相圖 四、發(fā)生共析反應(yīng)的合金的結(jié)晶 共析相圖形狀與共晶相圖相似。

16、共析相圖形狀與共晶相圖相似。共析相圖共析相圖 d d 點(diǎn)成分點(diǎn)成分( (共析成分共析成分) )合金合金從液相經(jīng)過(guò)勻晶反應(yīng)生成從液相經(jīng)過(guò)勻晶反應(yīng)生成相相, , 冷卻到冷卻到d d 點(diǎn)溫度點(diǎn)溫度( (共析溫度共析溫度) )時(shí)時(shí), , 恒溫發(fā)生恒溫發(fā)生共析反應(yīng)共析反應(yīng): :(+)(+) 一種固相轉(zhuǎn)變成完全不同一種固相轉(zhuǎn)變成完全不同的兩種固相的兩種固相. . 共析反應(yīng)產(chǎn)物兩相混合物共析反應(yīng)產(chǎn)物兩相混合物稱為稱為共析體。共析體。 共析相圖中各種成分合共析相圖中各種成分合金的結(jié)晶過(guò)程與共晶相圖類金的結(jié)晶過(guò)程與共晶相圖類似。似。 共析反應(yīng)在固態(tài)下進(jìn)行共析反應(yīng)在固態(tài)下進(jìn)行, , 共析產(chǎn)物比共晶產(chǎn)物要細(xì)密。共析產(chǎn)物比共晶產(chǎn)物要細(xì)密。 （2 2）具有共析轉(zhuǎn)變的相圖）具有共析轉(zhuǎn)變的相圖 8.3.4 8.3.4 二元相圖的分析方法二元相圖的分析方法方法：方法：1 1 若有穩(wěn)定的中間相，可依此把相圖分為幾個(gè)部分。若有穩(wěn)定的中間相，可依此把相圖分為幾個(gè)部分。2 2 根據(jù)相區(qū)接觸法則填寫各相區(qū)。根據(jù)相區(qū)接觸法則填寫各相區(qū)。 n = C-Pn = C-P3 3 分析典型成分合金的結(jié)晶過(guò)程及組織轉(zhuǎn)變，并利用分析典型成分合金的結(jié)晶過(guò)程及組織轉(zhuǎn)變，并利用杠桿定律計(jì)算各相相對(duì)含量。杠桿定律計(jì)算各相相對(duì)含量。二元相圖二元相圖 恒恒 溫溫 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 變變 類類 型型反應(yīng)式反應(yīng)式相圖特征相圖特征分解型分