熱處理工藝學(xué)(第三章)

第三章合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶工業(yè)上廣泛應(yīng)用的不是純金屬，而是由兩種或兩種以上的金屬元素、或金屬元素與非金屬元素熔合在一起的、具有金屬特性的物質(zhì)―合金。它的組織、結(jié)構(gòu)比純金屬更為復(fù)雜,除具備純金屬的基本特性外，還兼有優(yōu)越的機(jī)械性能和特殊的物理、化學(xué)性能，如高強(qiáng)度、強(qiáng)磁性、耐蝕性等。第一節(jié)基本概念一、組元組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元，簡(jiǎn)稱元。一般說來，組元就是組成合金的元素。如黃銅是銅和鋅組成的合金，鐵碳合金的組元是鐵和碳等，有時(shí)穩(wěn)定的化合物也可作為組成合金的組元，如Fe3C等。二、合金系由給定組元，可以按成分比例的不同配制成一系列的合金，這些合金組成一系列的合金系統(tǒng)，稱為合金系。合金系可以由構(gòu)成它的組元命名，如Fe一C合金系等，也可以用組元的個(gè)數(shù)命名，如由兩個(gè)組元組成的合金系為二元系，三個(gè)組元組成的合金系為三元系.三、相合金中具有同一化學(xué)成分、同一結(jié)構(gòu)和同一性能的均勻的組成部分稱作相。相與相之間有明顯的分界面。均勻的液態(tài)合金是一個(gè)相（也稱單相），而在結(jié)晶過程中固態(tài)與液態(tài)共存，兩者被相界面分開，就是固相與液相共存的兩相混合物。合金在加熱和冷卻過程中發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程，稱為相變。四、平衡金屬學(xué)中所講的平衡是指在一定的成分、溫度及壓力等條件下，金屬或合金內(nèi)部相的結(jié)構(gòu)、成分及相對(duì)量等處于相對(duì)不變的狀態(tài)。也就是說，在平衡條件下，合金的狀態(tài)，是由合金的成分、溫度及壓力等外界條件決定的。純金屬處在熔點(diǎn)溫度時(shí)，如溫度不變，則金屬的狀態(tài)是液休和固休的二相共存的平衡狀態(tài)。這種平衡實(shí)質(zhì)上是動(dòng)平衡，此時(shí)既有固相的溶解，又有液相的凝固，只是凝固的數(shù)量與溶解的數(shù)量是相等的.

第二節(jié)合金中的相組織

·合金的性能是出組成合金的各個(gè)相本身的結(jié)構(gòu)、性能及各相的組合情況等決定的。根據(jù)組成合金的各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相組織可以分為固溶休、化合物和機(jī)械混合物三大類。一、固溶體大多數(shù)合金在液態(tài)下，其組元能夠相互溶解形成均勻的溶液。如果合金的組元在凝固后能彼此相互溶解而形成均勻的固相，這種由一組元的原子溶解于另一組元晶格中所形成的均勻的固體合金稱之為固溶體。當(dāng)兩個(gè)組元形成固溶體時(shí)，總有一組元保持其原有晶格不變，該組元稱為溶劑，而溶于溶劑金屬中的另一組元稱為溶質(zhì)。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置，可將固溶體區(qū)分為置換固溶體和間隙固溶體兩種。1．置換固溶體一溶質(zhì)原子在溶劑晶格中部分地占據(jù)了溶劑晶格結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體，稱為置換固溶體。在組成固溶體的兩組元泊原子直徑大小相近時(shí)，溶質(zhì)原子不能處于溶劑晶格的間隙中，而只能占據(jù)溶劑原子的位置，形成置換固溶體。在置換固溶體中，由于溶質(zhì)原子的溶入，造成溶劑晶格約畸變，使其晶格常數(shù)改變。如果溶質(zhì)原子直徑大于溶劑原子，則會(huì)引起品格常數(shù)增大，反之則使晶格常數(shù)減小.按溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度的不同，置換固溶體可分為無限固溶體和有限固溶體。

不同溶質(zhì)元素在不同溶劉中的溶解度是不同的。溶解度的大小與組元的晶格類型是否相同、原子半徑是否接近、物理雙化學(xué)性能是否相似及溫度等因素有關(guān)。如果兩組元的晶格類型相同，物理及化學(xué)性能相似，原子半徑相對(duì)差別不超過8%（以鐵為基的固溶休）時(shí)，就有可能形成無限固溶體，如Fe-Ni、Fe-

V、Fe-

Cr等，否則就只能形成有限固溶體。大多數(shù)情況下，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度隨溫度的升高而增大.所以，凡在高溫下達(dá)到飽和的有限固溶休,當(dāng)其由高溫冷卻下來時(shí)．由于溶解度的降低，都會(huì)從固溶體中析出其它結(jié)構(gòu)的新相。2.間隙固溶體溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱為間隙固溶體。間隙固溶體是由一些原子半徑較小(溶質(zhì)與溶劑原子半徑的比值小于0.59)的非金屬元素如氫、氮、氧、炭等溶入過渡族金屬而形成的。碳溶于鐵中所形片的固熔體為間隙固溶體。間隙固溶體的溶解度與溶劑晶格類型、溶質(zhì)原子半徑大小等因素有關(guān)．溶質(zhì)原子半徑越小，其溶解度也越大。由于溶劑晶格中的間隙是有限的，而且隨著溶質(zhì)原子的溶入,溶劑晶格將發(fā)生畸變，溶入的溶質(zhì)原子越多，引起的畸變?cè)酱蟆．?dāng)畸變量超過一定數(shù)值時(shí)，溶劑晶格就變得不穩(wěn)定，使溶質(zhì)原子不能繼續(xù)溶入，所以間隙固溶體只能是有限固溶體。3．固溶體的性能固溶體形成時(shí)，由于固溶體的晶格畸變,使晶體平面之間的滑移困難,從而使其塑性變形的抗力增加,提高了合金的強(qiáng)度和硬度.固溶體的強(qiáng)度和硬度比純金屬高的現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化.利用固溶強(qiáng)化提高材料的強(qiáng)度和硬度的同時(shí),一般會(huì)降低其塑性和韌性.但若溶質(zhì)的濃度適當(dāng),則對(duì)固溶體的塑性影響較小.固溶體的晶格畸變，除引起固溶強(qiáng)化外，還使固溶體的某些物理性質(zhì)發(fā)生變化,如其電阻比純金屬高、導(dǎo)熱性較純金屬低。二、金屬化合物合金中的兩個(gè)組元，按照一定的原子數(shù)量比相互化合而成的一種完全不同于原有組元晶格的新相，叫金屬化合物。金屬化合物是金屬元素與金屬元素或金屬元素與非金屬元素發(fā)生相互作用而生成的一種新相，其晶格類型和性能完全不同于任一組元.其特點(diǎn)如下:1）金屬化合物戶的原子數(shù)量比，可以用AmBn的化學(xué)分子式表示，如Fe3C等;

2）金屬化合物具有與組成化合物的任一組元完全不同的墓復(fù)雜晶格;3）化合物一般具有較高的熔點(diǎn)，較高的硬度和較大的脆性。金屬化合物硬度高脆性大，一般不能單獨(dú)形成合金,而是與固溶體或純組元同時(shí)存在于合金中。

當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，會(huì)使合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高,使其塑性降低.在合金中能使其強(qiáng)度、硬度提高的相稱為強(qiáng)化相，利用強(qiáng)化相進(jìn)行強(qiáng)化比固溶強(qiáng)化具有更好為強(qiáng)化效果.在各類合金鋼、硬質(zhì)合金及有色金屬中都以全屬化合物做為重要的組成相.根據(jù)金屬化合物本身的結(jié)構(gòu)、性能及其在合金中的相對(duì)量、形伏、大小及分布情況的不同，合金也具有不同的性能。金屬化合物的種類很多，鋼鐵材料中常出現(xiàn)的是由過渡族金屬元素與碳、氮等原子半徑較小的非金屬元素形成的金屬化合物，如碳鋼中的Fe3

C，合金鋼中的Cr7C3、WC等，這一類化合物都有很高的硬度和熔點(diǎn)。碳鋼中的Fe3C是鋼中一種重要的化合物，它具有復(fù)雜的斜方晶格，F(xiàn)e3C中的鐵原子可以部分地被其它金屬原子（錳、鉻、鎢、鉬等）置換，形成以化合物為基的固溶體，這種固溶體稱為合金滲碳體。鋼中的這些化合物，根據(jù)其類型、數(shù)量及存在形式的不同，對(duì)鋼的性能的影響也不相同。三、機(jī)械混合物在合金中,純組元、固溶體、化合物是構(gòu)成合金組織結(jié)構(gòu)的基本相。若組成合金的各組元在固態(tài)下既不能單獨(dú)形成固溶體、又不能單獨(dú)形成化合物，而是由兩種或兩種以上的基本相混合在一起的組成物，這種組成物稱為機(jī)械混合物。機(jī)械混合物中的各個(gè)相仍保持原來的晶格和性能，所以機(jī)械混合物的性能取決于各組成相的類型、性能、相對(duì)量及其形狀、大小和分布情況。由機(jī)械混合物組成的合金，其強(qiáng)度和硬度比單一固溶體高。當(dāng)均勻細(xì)小的金屬化合物分布在鐵素休基體上時(shí)，強(qiáng)度和硬度提高更為顯著，但塑性及抗腐蝕能力不如單一固溶體。第三節(jié)二元合金狀態(tài)圖二元合金狀態(tài)圖是研究合金的組成、性能以及相變規(guī)律的工具,是熱處理工藝學(xué)最重要的內(nèi)容.一、狀態(tài)圖的概念合金狀態(tài)圖是表示在極其緩慢的加熱、冷卻的條件下，某一合金系中各種成分的合金，其其內(nèi)部組織隨溫度、成分而變化的簡(jiǎn)明圖解。純金屬的結(jié)晶過程，用一個(gè)縱坐標(biāo)（溫度軸）就可以把它在不同溫度下的組織狀態(tài)表示出來，對(duì)于二元合金，除了有溫度的變化外，還有成分的變化，所以二元合金系就要有表示溫度和表示成分的兩個(gè)坐標(biāo)軸。一般縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示成分，合金的成分一般用重量百分?jǐn)?shù)表示。二、二元合金狀態(tài)圈的測(cè)定方法合金狀態(tài)圖多數(shù)是用實(shí)臉方法測(cè)定的。為了繪制狀態(tài)圖，必須在實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定一系列合金的狀態(tài)變化的溫度（臨界點(diǎn)）。合金狀態(tài)變化的臨界點(diǎn)可以用熱分析法、電阻法、熱膨脹法、金相法、X射線分析法等測(cè)得。一般多以熱分析法為主。這種方法是將合金極緩慢地加熱或冷卻，每經(jīng)過相等的時(shí)間間隔測(cè)量一次合金的溫度，根據(jù)這些溫度數(shù)據(jù)繪出合金的加熱或冷卻曲線。由于合金從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生吸熱或放熱現(xiàn)象，而使加熱（或冷卻）曲線發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)折或呈水平。

下圖表示用熱分析法測(cè)定Cu-

Ni合金的臨界點(diǎn)，再由其冷卻曲線來繪制得出的狀態(tài)圖。其過程是：

1）配制一系列不同成分的Cu一Ni合金。2）測(cè)定各種不同成分合金的冷卻曲線，并找出相應(yīng)的各臨界點(diǎn)。

3）將各冷卻曲線的臨界點(diǎn)，分別畫在對(duì)應(yīng)的合金成分、溫度坐標(biāo)系中。4）連按各相同意義的臨界點(diǎn)，就可得到如圖所示的合金狀態(tài)圖。

由圖上可看到，在純銅與純鎳的冷卻曲線上出現(xiàn)了平臺(tái)，它表明純金屬的結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行的，也就是純金屬只有一個(gè)臨界點(diǎn)，也就是熔點(diǎn)。而在其它幾個(gè)合金的冷卻曲線上沒有平臺(tái)，但有兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),這兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度表示兩個(gè)臨界點(diǎn),它表明其它九種合金的結(jié)晶是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。較高溫度時(shí)的臨界點(diǎn)是結(jié)晶開始溫度，稱為上臨界點(diǎn)，較低溫度時(shí)的臨界點(diǎn)是結(jié)晶終了溫度，稱為下臨界點(diǎn).狀態(tài)圖中各相同意義的臨界點(diǎn)的連線稱作相界線。結(jié)晶開始溫度連成的相界線稱作液相線，由結(jié)晶終了溫度連成的相界線稱作固相線。

第四節(jié)二元合金狀態(tài)圖的基本類型根據(jù)組成合金的組元之間相互作用的不同，狀態(tài)圖的圖形有的比較簡(jiǎn)單，有的比較復(fù)雜，但基本上都是由勻晶、共晶、包晶等幾種最基本的簡(jiǎn)單狀態(tài)圖所組成。一、勻晶狀態(tài)圖兩組元在固態(tài)和液態(tài)都能無限互溶而形成無限固溶體的狀態(tài)圖稱作勻晶狀態(tài)圖，從液相中結(jié)晶出固溶體的過程叫做勻晶轉(zhuǎn)變。大多數(shù)的二元合金系都可能發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,如Fe-Ni、Cu-Ni等合金都具有勻晶轉(zhuǎn)變。

固溶體的結(jié)晶與純金屬的結(jié)晶相同，也是形核和長(zhǎng)大的過程，并且也需要一定的過冷度。由于合金在結(jié)晶時(shí)所形成的固溶體的成分與原來液相成分不同，因此，在形成固溶體晶核的地方，必須具有固溶晶核所需要的成分，這種需要可通過成分起伏（濃度起伏）來轉(zhuǎn)足。通常所說的液態(tài)合金成分是指平均成分，但是由于液態(tài)下原子熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，引起了液相成分的局部不均勻性，使得液相中的某些微小體積的成分，在某一瞬間會(huì)高于或低于滾相的平均成分，這種現(xiàn)象稱為成分起伏。液態(tài)合金中的成分起伏，為固溶體的形核創(chuàng)造了條件。合金的結(jié)晶比純金屬復(fù)雜。純金屬的結(jié)晶是在恒溫下完成的，而合金的結(jié)晶是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，而且合金結(jié)晶的過程中同時(shí)伴隨有成分的變化。3．杠桿定律通過合金狀態(tài)圖不僅可以了解一定成分的合金在一定溫度下兩個(gè)平衡相的成分，同時(shí)還可利用杠桿定律求出兩個(gè)平衡相的相對(duì)量。4.不平衡結(jié)晶在實(shí)際生產(chǎn)過程中，液態(tài)合金澆鑄后的冷卻速度比較快，使得液態(tài)合金在冷卻到與液相線相交溫度時(shí)，并未開始結(jié)晶，而要過冷到液相線以下某一溫度才一開始結(jié)晶，從而使結(jié)晶終了溫度降低。同時(shí)，由于原子在固相中的擴(kuò)散過程落后于固溶體的形成，造成了先后結(jié)晶出的固溶體的成分不均勻。這種存在于晶粒內(nèi)部的成分不均勻現(xiàn)象稱作晶內(nèi)偏析。由于這種偏析是呈樹枝狀分布的，所以又叫樹枝狀偏折。晶內(nèi)偏析程度大小，取決于狀態(tài)圖的形狀、冷卻條件和原子擴(kuò)散能力。如果相圖中的液相線與固相線之間的水平距離大，說明結(jié)晶時(shí)成分差別大，偏析嚴(yán)重。如果相圖中液相線與固相線之間的垂直距離大，說明結(jié)晶的溫度區(qū)間大，結(jié)晶的終了溫度低，溫度越低，原子擴(kuò)散能力越小，使偏析更加嚴(yán)重。如果偏析元素的擴(kuò)散能力越大，則偏析的程度就越小。在其它條件相同時(shí)，冷卻速度越大，實(shí)際結(jié)晶的溫度越低，原子擴(kuò)散能力越小，偏析程度就越嚴(yán)重。嚴(yán)重的樹枝狀偏析會(huì)使合金的機(jī)械性能降低，特別是塑性和韌性下降，使合金不容易進(jìn)行壓力加工。枝晶偏析是一種不穩(wěn)定的組織，可采用均勻化退火的方法來消涂枝晶偏析。二、共晶狀態(tài)圖在一定溫度下，一定成分的均勻液相中同時(shí)結(jié)晶出成分一定的兩個(gè)固相的過程，稱為共晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變時(shí)形成的二元合金系的相圖，稱為共晶狀態(tài)圖。

DCE線為三相共存水平線。相當(dāng)于C點(diǎn)成分的液相（Lc)，在DCE水平線對(duì)應(yīng)的溫度下，同時(shí)結(jié)晶出成分與D點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的a固溶體和與E點(diǎn)成分相對(duì)應(yīng)的固溶體。這種轉(zhuǎn)變叫共晶轉(zhuǎn)變；C點(diǎn)為共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)；DCE水平線又叫共晶轉(zhuǎn)變線；共品轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是兩個(gè)固相的混合組織，稱為共晶體。2．合金的平衡結(jié)晶及其組織(l)I-I合金的結(jié)晶過程當(dāng)合金緩冷到1點(diǎn)時(shí)開始從液相中結(jié)晶出a固溶體。在1~2點(diǎn)之間，隨溫度的下降，a的數(shù)量不斷增加，而液相L的量不斷減少，a及L的成分分別沿taD和taC線變化。當(dāng)冷卻到2點(diǎn)時(shí)，合金全部結(jié)晶成二固溶體。以上轉(zhuǎn)變過程與勻晶轉(zhuǎn)變相同。在2、3點(diǎn)溫度范圍內(nèi)繼續(xù)冷卻時(shí)，a不發(fā)生變化。冷卻到3點(diǎn)時(shí)，與固溶線DF相交，Sn在Pb中的溶解度達(dá)到飽和，繼續(xù)冷卻時(shí)，過剩的Sn將以固溶體的形式從a固溶體中析出來。繼續(xù)冷卻，從a固溶體中不斷析出固溶體,a固溶體的成分沿DF線變化。為了與直接從液相中結(jié)晶出的相相區(qū)別，把從a相內(nèi)析出的固洛體叫做次生相,以表示。合金的室溫組織為a＋。(2)II一II共晶合金的結(jié)晶過程（含Sn61.9%）液態(tài)合金緩慢冷卻到183℃的C點(diǎn)時(shí)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：這一轉(zhuǎn)變過程在tc溫度下一直進(jìn)行到液相完全消失為止。共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是由a和固溶體所組成的機(jī)械混合物，稱作共晶組織。在C點(diǎn)以下溫度繼續(xù)冷卻時(shí)，將從和固溶體中分別析出和,和的成分分別沿DF和EG線變化。從共晶組織中析出的次生相，常與、固溶體混在一起，因此在里微鏡下很難分辨出次生相。共晶成分合金的結(jié)晶，是在恒溫下完成的.在結(jié)晶過程中，和兩種固溶體總是相互交替地從液相中結(jié)晶出來，因而共晶體的金相組織是與呈層片狀分布的混合組織。(3)亞共晶合金的結(jié)晶過程（成分在C、D點(diǎn)之間）液態(tài)合金緩冷到1點(diǎn)時(shí)，開始結(jié)晶出a固溶體．在1~2點(diǎn)之間冷卻時(shí)，不斷結(jié)晶出a固溶體,a固溶體沿taD線變化,液相成分沿taC線變化.當(dāng)溫度降到共晶溫度的2點(diǎn),剩余液相達(dá)到共晶成分,發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變:這一轉(zhuǎn)變一直持續(xù)到剩余液相全部形成共晶組織為止。共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后亞共晶合金組織為初晶a固溶體＋共晶組織。通常，在共晶轉(zhuǎn)變前所形成相稱作先晶（初晶)相.在2點(diǎn)以后繼續(xù)冷卻將分別從相、中析出、。a和相的成分分別沿DF、EG線變化.在顯微鏡孔只有從先共晶的固溶體中或邊界上析出的可能觀察到,共晶組織組中析出的和一般難以分辨。所以亞共晶合金的室溫組織為(4)過共晶合金的結(jié)晶過程（成分在C、E點(diǎn)之間）過共晶合金的平衡結(jié)晶過程與亞共晶合金相似,所不同的是其初晶是固溶體而不是固溶體，結(jié)晶后的組織為:三、含有穩(wěn)定化合物的共晶狀態(tài)圖在二元合金系中，由兩組元所形成的化合物有穩(wěn)定和不穩(wěn)定的兩種。穩(wěn)定化合物是指具有一定熔點(diǎn)、在熔點(diǎn)以下仍能保持其結(jié)構(gòu)形式而不發(fā)生分解的化合物。如Mg-Si合金中的Mg2Si.在狀態(tài)圖中，Mg2Si是一條平行于溫度軸的垂線，可將穩(wěn)定的化合物當(dāng)作一個(gè)組元，把狀態(tài)圖看成是由Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si兩個(gè)簡(jiǎn)單共晶狀態(tài)圖所組成的,分析這類狀態(tài)圖的方法與前述共晶狀態(tài)圖的分析方法相同.四、具有包晶轉(zhuǎn)變的狀態(tài)圖包晶轉(zhuǎn)變是指在一定溫度下，一定成分的液相和一定成分的固相相互作用，形成另一新的固相的轉(zhuǎn)變過程。二元合金系的兩組元在液態(tài)下無限互溶，在固態(tài)下有限互溶，并發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的二元合金相圖，稱作包晶狀態(tài)圖。具有包晶轉(zhuǎn)變的二元合金系有Fe-C、Cu-Sn等。1．狀態(tài)圖分析圖為Pt一Ag狀態(tài)圖。其中，ACB為液相淺；APDB為固相線；PE是Ag溶于Pt中的溶解度曲線；DF是Pt在Ag中的溶解度曲線，水平線PDC是包晶轉(zhuǎn)交線；D點(diǎn)為包晶點(diǎn)。合金系中有三個(gè)基本相:液相L及固相a和。a相是Ag溶于Pt中的固溶體，相是Pt溶于Ag中的固溶體。圖中有三個(gè)單相區(qū)（a、及L)，三個(gè)兩相區(qū)（L+a、L+、a＋）、一條三相共存的水平線。2。典型合金的結(jié)晶過程(1)I-I的結(jié)晶過程（含Ag為42.4％的包晶合金）當(dāng)合金在1一2點(diǎn)之間冷卻時(shí)，其結(jié)晶過程同一般的勻晶狀態(tài)圖相同。當(dāng)冷卻到包晶線上2點(diǎn)（D點(diǎn)）時(shí)，

a固溶襪取得P點(diǎn)成分，而剩余液相取得C點(diǎn)成分，在此溫度下，P點(diǎn)成分的a固溶體與C點(diǎn)成分的液相發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成相當(dāng)于D點(diǎn)成分的固溶體。這一轉(zhuǎn)變過程,在包晶轉(zhuǎn)變溫度下一直進(jìn)行到液相和a相全部消失,形成單一的相為止.(2)合金II-II的結(jié)晶過程(略)(3)合金II-II的結(jié)晶過程(略)五、具有固態(tài)相變的狀態(tài)圖在二元合金中,有些合金的固態(tài)組織在連續(xù)冷卻的過程中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變,形成新相.這種在凝固后繼續(xù)冷卻過程中,固態(tài)合金發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變稱為固態(tài)相變.

前面提到的固態(tài)合金由于溶解度的變化引起的次生相的析出,就是一種固態(tài)相變.

常見的固態(tài)相變有:固溶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、固溶體的脫溶轉(zhuǎn)變等.1.固溶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變當(dāng)合金中的組元具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí),以組元為基所形成的固溶體勢(shì)必要發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變.鐵是同素異構(gòu)的金屬,以鐵為基的與其他組元所形成的固溶體也具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變.2．具有共析轉(zhuǎn)變的狀態(tài)圖在有些合金系中，合金在完成結(jié)晶形成固溶體后，在繼續(xù)冷卻過程中的一定溫度下，將由一定成分的固溶體同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗鈨蓚€(gè)新的固相，這種轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變或共析反應(yīng)。

上圖為具有共析轉(zhuǎn)變的部分Fe-C合金狀態(tài)圖。鐵碳合金中相當(dāng)于S點(diǎn)成分的固溶體在727℃時(shí)進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變。

轉(zhuǎn)變結(jié)束后，生成P點(diǎn)成分的a固溶體與Fe3C的混合組織,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物叫共析體或共析組織.一般a固溶體與Fe3C以片狀相間的形式組合在一起，其金相組織呈片狀或粒狀。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變相似，只是共晶轉(zhuǎn)變是由一定成分的液相中同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)不同成分的固相，共析轉(zhuǎn)變則是從固相中同時(shí)析出兩種不同成分的新相。3具有脫溶轉(zhuǎn)變的狀態(tài)圖在合金中，由于固溶體的溶解度隨溫度的降低而下降，因此隨著溫度的降低，從固溶體中析出第二相的過程，稱為脫溶轉(zhuǎn)變.Pb–

Sn合金狀態(tài)圖中，在F點(diǎn)與D點(diǎn)之間成分的合金，當(dāng)溫度下降到DF線時(shí)，將從a固溶體中析出的轉(zhuǎn)變就是脫溶轉(zhuǎn)變過程。第五節(jié)二元合金狀態(tài)圖的分析與應(yīng)用一、二元臺(tái)金眾態(tài)圖遵循的規(guī)律在二元合金狀態(tài)圖中存在這樣一些規(guī)律：1）兩個(gè)單相區(qū)只能交于一點(diǎn)，而不能交成一條線。

2）兩個(gè)單相區(qū)之間必定有一個(gè)兩相區(qū)，且兩相區(qū)中的組織是由與其相鄰的兩個(gè)單相所組成的。3）當(dāng)圖中有水平線出現(xiàn)時(shí)，必定有三相共存，且水平線連著三個(gè)單相區(qū)，這三個(gè)單相區(qū)分別處于水平線的中間和兩端。在水平線所對(duì)應(yīng)的溫度下，合金將進(jìn)行共晶、包晶或共析轉(zhuǎn)變。不同特征的每一條水平線的兩端及中間都有六條曲線伸出。由同一點(diǎn)伸出的兩條曲線所包圍的區(qū)域是單相區(qū)。根據(jù)單相區(qū)相的狀態(tài)及其分布情況就可確定水平線的轉(zhuǎn)變類型。4)在兩個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變中如果有有兩個(gè)相同的相，那么在這兩個(gè)轉(zhuǎn)變的水平線之間必定是由兩個(gè)相同的相組成的兩相區(qū).二、二元合金狀態(tài)圖的分析方法1．當(dāng)狀態(tài)圖中有穩(wěn)定的化合物存在時(shí)（狀態(tài)圖中必定有一條垂直的相界線），分析時(shí)可將穩(wěn)定的化合物看作一個(gè)組元，以其相界線為界把狀態(tài)圖分成幾個(gè)簡(jiǎn)單部分進(jìn)行分析。2．根據(jù)二元臺(tái)金狀態(tài)圖所遵循的規(guī)律，進(jìn)行相區(qū)分析,確定各相區(qū)的組成

(1)可根據(jù)純組元坐標(biāo)上的臨界點(diǎn)，判斷合金中是否有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象存在。

(2)確定單相區(qū)

1)液相線以上的區(qū)域?yàn)橐合鄥^(qū)。2)若封閉區(qū)域與純組元相鄰，此區(qū)域是以該組元為基的單相固溶體區(qū)。

3)每條水平線的兩端和中間，分別有三個(gè)單相區(qū)與水平線相連。(3)兩個(gè)單相區(qū)之向必定有一個(gè)由該兩相所組成的兩相區(qū)。3.找出狀態(tài)圖中三相共存的水平線。并明確水平線所表示的轉(zhuǎn)變類型。4.利用狀態(tài)圖分析典型合金的結(jié)晶過程并確定其平衡組織，狀態(tài)圖的橫坐標(biāo)（成分軸）上首先選定所分析的合金成分，再由此點(diǎn)垂直于橫坐標(biāo)引直線，此垂線稱為合金線，然后沿此合金線從高溫到低溫分析其組織形成過程。

(1)在單相區(qū)內(nèi)，合金的組織為單相，相的成分和重量與原合金相同，隨著溫度的變化，單相的組織及成分不發(fā)生變化。(2)在兩相區(qū)內(nèi)，合金的組織由兩相構(gòu)成。隨著溫度的變化，兩相的成分及相對(duì)量也發(fā)生變化，兩相的成分均沿其相界線變化，各相的相對(duì)量可由枉桿定律求出。(3)當(dāng)合金處于三相共存的水平線時(shí)，則表明合金中正在進(jìn)行某種轉(zhuǎn)變。此時(shí)三個(gè)相的成分是固定的，但其相對(duì)量是在不斷變化的。(4)如果兩相區(qū)中的固熔線是傾斜的，隨著溫度的變化將有二次晶體析出。三、狀態(tài)圖形式與合金性能間的關(guān)系合金的性能是由合金的成分及其組織所決定的。合金狀態(tài)圖既可反映出合金的成分、組織,又可反