材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)教案第三章相圖及應(yīng)用課件

第三章相圖及應(yīng)用

PhaseDiagrams為了對廣泛使用的合金進(jìn)行熔鑄、鍛壓和熱和理，必須首先了解它們的熔點(diǎn)和固態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，并弄清楚它們的凝固過程及凝固后的相和組織結(jié)構(gòu)。相圖是描述系統(tǒng)的狀態(tài)、溫度、壓力及成分之間的關(guān)系的一種圖解，又稱為狀態(tài)圖或平衡圖。利用相圖，我們可以了解各種成分的材料在不同溫度、壓力下的相組成，多種相的成分與相對量及組織的變化規(guī)律等。因此，掌握和了解相圖的基本知識和分析方法，對制定材料熱加工工藝、分析和檢測材料的性能以及研究開發(fā)新材料等都有重要作用和指導(dǎo)意義。

第一節(jié)二元相圖的建立

MensurationofBinaryPhaseDiagrams一、二元相圖的表示方法

二元系中相的平衡狀態(tài)與溫度、成分的關(guān)系可以用平面圖形來表示，如圖所示。二、二元相圖的測定方法相圖的建立一般采用熱分析法，其基本思路是先配制一系列不同成分的給定合金，繪制它們各自的冷卻曲線，然后由冷卻曲線上的臨界點(diǎn)繪制相圖。100%Ni溫度℃

時(shí)間Cu20406080NiNi%TNiTCu80%Ni60%Ni40%Ni20%Ni100%Cu（a）（b）Cu-Ni合金相圖的測繪（a）冷卻曲線（b）Cu-Ni相圖第二節(jié)勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶

IsomorphousPhaseDiagrams

從液相中不斷結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。

二組元在液態(tài)、固態(tài)時(shí)均能無限互溶的二元合金相圖就是勻晶相圖。這樣的二元合金系稱為勻晶系。屬于勻晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。幾乎所有二元合金相圖都包含有勻晶轉(zhuǎn)變部分，因此掌握這一類相圖是學(xué)習(xí)二元合金相圖的基礎(chǔ)。一、相圖分析

A1083℃B1452℃LL+α溫度CuNiNi%Cu-Ni合金相圖液相線固相線α四、偏析與區(qū)域提純

偏析

通過對固溶體結(jié)晶平衡與非平衡過程的分析，表明在結(jié)晶過程中隨著固相的不斷形成，其成分也在不斷的變化，這種變化是通過原子的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的。若原子能夠進(jìn)行充分的擴(kuò)散，固溶體將發(fā)生平衡結(jié)晶；若原子不能夠進(jìn)行充分的擴(kuò)散，固溶體將發(fā)生非平衡結(jié)晶。由此可見，固溶體在結(jié)晶時(shí)，溶質(zhì)和溶劑原子必然要發(fā)生重新分配。固溶體不平衡結(jié)晶所形成的枝晶偏析是指一個(gè)晶粒內(nèi)部成分的不均勻現(xiàn)象；而固溶體的在結(jié)晶時(shí)，沿一定方向結(jié)晶過程中，在一個(gè)較大區(qū)域范圍內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)成分差異，這稱為宏觀偏析。

五、成分過冷長大方式長大方式取決于凝固過程中的溫度分布。TCxSL(b)xTCSL(a)鑄錠凝固過程中的溫度分布結(jié)晶時(shí)合金液體中的濃度分布

由于結(jié)晶時(shí)隨溫度不同，液固兩相的成分也不同，所以會(huì)在液固界面上形成濃度差，造成理論結(jié)晶溫度Tm變化。TC0

CL成分TmX（位置）SL液固界面濃度CX（位置）SL液固界面CLC0第三節(jié)共晶相圖

BinaryEutecticPhaseDiagrams大多數(shù)二元合金在液態(tài)時(shí)相互無限溶解，而在固態(tài)時(shí)并不能完全互溶，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成有限固溶體。具有共晶轉(zhuǎn)變的典型合金系有Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi等，它們的相圖都屬于共晶相圖。

一、相圖分析

二、典型合金的平衡結(jié)晶

α固溶體合金（含Sn量小于19％的Pb-Sn合金）

共晶合金（含Sn量為61.9％的Pb-Sn合金）亞共晶合金（含Sn量為大于19％小于61.9％的Pb-Sn合金）400A300200100Pb20406080SnWSn（%）Pb-Sn相圖溫度℃327.5L

α1961.997.5βL+β231.9

B183EL+αα+β

Ⅰ

ⅢⅡ

ⅣMNFG400A300200100溫度℃327.5L

α1961.997.5βL+β231.9

B183E

α+βMNFG1231212第四節(jié)包晶相圖

BinaryPeritecticPhaseDiagrams一個(gè)一定成分的液相與一個(gè)一定成分的固相在恒溫下生成另一固相的轉(zhuǎn)變稱為包晶轉(zhuǎn)變。兩組元液態(tài)時(shí)能相互無限溶解，固態(tài)時(shí)有限互溶，并發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的二元合金系相圖稱為包晶相圖。具有這種相圖的典型合金有Pt-Ag、Sn-Sb、Cu-Sn、Cu-Zn等合金系。第五節(jié)其它類型的二元合金相圖

勻晶、共晶、包晶相圖是最基本的三種相圖。除這三種相圖外，還有幾種其它類型的相圖。

一、組元間形成中間相的相圖兩組元形成穩(wěn)定化合物的相圖

Mg20406080SiSi%Mg-Si合金相圖16001200800400溫度/℃Mg2Si1087℃56.5L＋Mg2SiL＋Si946.7℃L＋Mg2Si638.8℃1.38L＋MgMg2Si＋SiMg＋Mg2Si1414℃L兩組元形成不穩(wěn)定化合物的相圖Sn20406080Sb溫度/℃Sb%700600500400300200100L630.74℃5064