演示文稿典型相圖分析

演示文稿典型相圖分析目前一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)（優(yōu)選）典型相圖分析目前二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)第一節(jié)相圖知識(shí)一、相律

對(duì)于恒壓條件：f=c–p+1系統(tǒng)中有p相，c個(gè)組元，則成分引起的變數(shù)p(c-1)個(gè)。系統(tǒng)總的變數(shù)為p(c-1)+1在多相平衡時(shí)，任一組元在各相間的化學(xué)位相等，每個(gè)組元可寫(xiě)出個(gè)p-1等式，平衡條件總數(shù)為c(p-1)f=變數(shù)-條件數(shù)=p(c-1)+1-c(p-1)=c-p+1目前三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)一、相律第一節(jié)相圖知識(shí)二元相圖：當(dāng)存在兩個(gè)組元時(shí)，成分也是變量，但一種組元的含量為獨(dú)立，另一組元?jiǎng)t為余下部分。為在二維平面上表示，通常只考慮在常壓下，取兩個(gè)變量溫度和成分。橫座標(biāo)用線段表示成分，縱座標(biāo)表示溫度。平面上以按這時(shí)平衡狀態(tài)下存在的相來(lái)分隔。(如圖)

相圖用途：由材料的成分和溫度預(yù)知平衡相；材料的成分一定而溫度發(fā)生變化時(shí)其他平衡相變化的規(guī)律；估算平衡相的數(shù)量。預(yù)測(cè)材料的組織和性能目前四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、相圖與冷卻曲線的關(guān)系：第一節(jié)相圖知識(shí)

成分一定，在冷卻過(guò)程中，不同的相熱容量不相同，如果系統(tǒng)散熱能力一樣，溫度隨時(shí)間的變化(冷卻)曲線上的斜率將不同，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度就是某些相開(kāi)始出現(xiàn)或完全小時(shí)的溫度，利用這一特點(diǎn)，由實(shí)測(cè)的冷卻曲線可以作出相圖。目前五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固一、相圖形式

兩組元在液態(tài)和固態(tài)都能無(wú)限互溶。如Cu—Ni、Ag—Au形成二元合金對(duì)應(yīng)的相圖就是二元?jiǎng)蚓鄨D。相圖的構(gòu)成：由兩條曲線將相圖分為三個(gè)區(qū)。左右兩端點(diǎn)分別為組元的熔點(diǎn)。上面的一條曲線稱(chēng)為液相線，液相線之上為液相的單相區(qū)，常用L表示；下面的一條曲線稱(chēng)為固相線，固相線之下為固溶體的單相區(qū)，常用α表示；兩條曲線之間是雙相區(qū)，標(biāo)記L+α表示。目前六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、兩相平衡時(shí)的數(shù)量分配規(guī)律－－杠桿定律第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固

如圖，合金x在溫度T1將由兩相長(zhǎng)期并存，這時(shí)兩相的成分和數(shù)量保持不變。過(guò)x點(diǎn)作水平線交液相線和固相線于a、c點(diǎn)，經(jīng)熱力學(xué)證明a、c點(diǎn)的成分分別為平衡的液體和固體的成分，設(shè)mL和m分別為兩相的數(shù)量，由物質(zhì)不滅可推導(dǎo)出：一般用占總體數(shù)量的百分比的相對(duì)值來(lái)表示。如果把線段axc當(dāng)成一杠桿，則他們滿(mǎn)足杠桿力的平衡原理，所以稱(chēng)之為杠桿定律。用杠桿定律來(lái)分析在理解和使用都有好的直觀性和方便。適用所有兩相平衡。目前七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、固溶體材料冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固1點(diǎn)以上液體冷卻1點(diǎn)開(kāi)始凝固，固體成分在對(duì)應(yīng)固相線處1－2之間，溫度下降，液體數(shù)量減少，固體數(shù)量增加，成分沿液相線和固相線變化，到2點(diǎn)，液體數(shù)量為0，固體成分回到合金原始成分，凝固完成2點(diǎn)以下固體冷卻，無(wú)組織變化過(guò)程：目前八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、固溶體材料冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固1.與純金屬凝固一樣由形核和長(zhǎng)大來(lái)完成結(jié)晶過(guò)程，實(shí)際進(jìn)行在一定的過(guò)冷度下。2.凝固在一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。只有在溫度不斷下將時(shí)固體量才增加，溫度不變，液固數(shù)量維持平衡不變。3.凝固過(guò)程中液體和固體的成分在不斷變化。特點(diǎn)：目前九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)四、固溶體材料非平衡冷卻第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固

從固溶體的凝固特征可知，在晶體長(zhǎng)大過(guò)程中，組元元素在析出的固相中不斷的發(fā)生遷移。但原子在固體中的遷移相對(duì)結(jié)晶過(guò)程是較慢的(原子的遷移是擴(kuò)散過(guò)程，以后專(zhuān)門(mén)討論)，可見(jiàn)完全達(dá)到平衡凝固是較困難的，需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，一般的冷卻凝固達(dá)不到平衡狀態(tài)。過(guò)程：

在冷卻速度較快時(shí)的凝固是非平衡凝固，從相圖中可見(jiàn)，在略低于開(kāi)始凝固溫度t1下開(kāi)始析出的固體的成分為α1，到t2溫度晶體表面生長(zhǎng)的成分可為α2，由于擴(kuò)散速度跟不上來(lái)，心部的成分來(lái)不及達(dá)到和表面一樣就冷卻到下一溫度t3，因此析出的固體的成分表里不一，平均成分也偏離了固相線。到達(dá)平衡和固相線交點(diǎn)的溫度tf時(shí)還有液相存在，繼續(xù)冷卻到一更低的溫度，固體的平均成分回到合金成分時(shí)液體消失，凝固過(guò)程才結(jié)束。目前十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)四、固溶體材料非平衡冷卻第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固非平衡凝固的特點(diǎn)有：①凝固過(guò)程中，液、固兩相的成分偏離液、固相線；②凝固過(guò)程進(jìn)行到一更低的溫度才能完成；③生成固體的成分是不均勻的。隨著冷卻速度的加大，這些差別特點(diǎn)表現(xiàn)的愈明顯。結(jié)果：生成固體的成分不均勻較偏析，快速冷卻時(shí)在一個(gè)晶粒內(nèi)部先后結(jié)晶的成分有差別，所以稱(chēng)為晶內(nèi)偏析，金屬的晶體往往以樹(shù)枝晶方式生長(zhǎng)，偏析的分布表現(xiàn)為不同層次的枝晶成分有差別，因此這種偏析又稱(chēng)枝晶偏析。晶內(nèi)偏析的程度決定于：相圖中液—固相線相距愈遠(yuǎn)，組元元素原子的遷移能力愈低(擴(kuò)散系數(shù)小)，冷卻速度愈大，造成的晶內(nèi)偏析將愈嚴(yán)重。

消除偏析的方法：前兩條原因是不可更改的，但并不是采用慢速冷卻，因?yàn)槁倮鋮s會(huì)使晶粒變大，最高和最低成分之間的距離加大消除更困難，而是快速冷卻，細(xì)化晶粒，會(huì)帶來(lái)晶內(nèi)的偏析，即宏觀均勻而微觀有大的差別，凝固后重新加熱到略低于熔點(diǎn)溫度，進(jìn)行一段時(shí)間的保溫，讓原子在這時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散遷移，達(dá)到均勻，這種方法稱(chēng)為均勻化退火。

目前十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)五、固溶體中溶質(zhì)的分布第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固

由于固溶體凝固中，析出固體的成分與液體不相同，并且在凝固時(shí)達(dá)不到平衡，所以凝固后溶質(zhì)的分布是不均勻的，當(dāng)然這種不均勻有時(shí)也可帶來(lái)有利的利用。下面僅就幾種特例討論。

如圖所示相圖的一部分，在溫度t時(shí)，平衡的液—固相成分的比，稱(chēng)為平衡分配系數(shù)。

實(shí)際凝固時(shí)原子的遷移需要一過(guò)程，液體和固體的成分達(dá)不到相圖所示的平衡狀態(tài)，這時(shí)分析采用“有效分配系數(shù)”，它定義為：有效分配系數(shù)不是一常數(shù)，而是隨凝固過(guò)程有所變化。目前十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)五、固溶體中溶質(zhì)的分布第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固

如果有一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的桿形凝固體，假設(shè)凝固過(guò)程為一端散熱，并且液體中原子擴(kuò)散和對(duì)流可達(dá)到成分均勻，而固體中遷移慢設(shè)為凝固后基本不能變。當(dāng)合金的成分為C0，開(kāi)始析出的固體成分為k0C0，變化趨勢(shì)如圖。已經(jīng)凝固距離X后，在凝固dx時(shí)，按溶質(zhì)的變化有：例一：定向凝固時(shí)溶質(zhì)分布規(guī)律目前十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)五、固溶體中溶質(zhì)的分布第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固例二：關(guān)于區(qū)域熔煉目前十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)六、成分過(guò)冷第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固

在正溫度梯度下，純金屬的生長(zhǎng)方式為平面推進(jìn)，而固溶體凝固時(shí)，卻有樹(shù)枝狀生長(zhǎng)和胞狀生長(zhǎng)存在，這是由于凝固過(guò)程中，成分是在不斷變化，液體和固體的成分均不能達(dá)到平衡狀態(tài)，產(chǎn)生了成分過(guò)冷現(xiàn)象。

目前十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)六、成分過(guò)冷第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固成分過(guò)冷現(xiàn)象：

在相圖中，成分為C0的合金凝固時(shí)，開(kāi)始析出的固相為k0C0，多余的B組元排放到液體中，在界面處B組元的濃度高于平均值，逐漸向液體中擴(kuò)散。在液體未達(dá)到均勻時(shí)，結(jié)晶繼續(xù)進(jìn)行，新析出的固體成分中B的量也隨著上升，同時(shí)液體中界面處B濃度上升到更高的水平，擴(kuò)散的速度因濃度差的提高而加快。遠(yuǎn)處液體的成分依然為C0，到B組元的擴(kuò)散量和固體排放平衡時(shí)，析出固體的成分也為C0，這時(shí)的成分分布如圖b所示。

目前十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)六、成分過(guò)冷第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固成分過(guò)冷現(xiàn)象：

對(duì)照相圖，液體的開(kāi)始凝固溫度隨著液體的成分變化而變化，圖c給出其分布曲線TL(x)，如果G2為實(shí)際溫度，對(duì)比可以看出在界面前沿的液體中的一小區(qū)域內(nèi)，盡管溫度比界面處高，卻存在一定的過(guò)冷度，這種由成分的不均勻而產(chǎn)生的過(guò)冷度稱(chēng)為‘成分過(guò)冷’。

固溶體凝固過(guò)程中，由于析出的固體的成分和原液體有一定的差別，排放到液體中的某些組元來(lái)不及均勻，這種因成分偏差對(duì)應(yīng)的凝固溫度也不同而造成的附加過(guò)冷度稱(chēng)為成分過(guò)冷。

目前十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)六、成分過(guò)冷第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固成分過(guò)冷對(duì)凝固過(guò)程的影響

由于不同的固溶體對(duì)應(yīng)的相圖形式不同，不同組元的擴(kuò)散能力各自不同，加上凝固過(guò)程的實(shí)際溫度分布也不相同，成分過(guò)冷的影響也必然存在差別，凝固后的組織也各不相同。實(shí)際溫度梯度較大，在凝固過(guò)程中不出現(xiàn)成分過(guò)冷現(xiàn)象。成分過(guò)冷區(qū)較小，界面處的不平衡生長(zhǎng)的凸起始終處在領(lǐng)先的狀態(tài)，但這個(gè)凸起既不會(huì)消失，也不能發(fā)展到成分過(guò)冷區(qū)外，凸起和底部的微小成分有一定差別而發(fā)展成胞狀組織。目前十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)六、成分過(guò)冷第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D與固溶體的凝固成分過(guò)冷對(duì)凝固過(guò)程的影響

中區(qū)域的成分過(guò)冷可能生成胞狀到樹(shù)枝晶的各種過(guò)渡組織。如果成分過(guò)冷區(qū)域特別大，得到的成分過(guò)冷度也十分大，若達(dá)到形核要求的過(guò)冷度時(shí)，在成分過(guò)冷區(qū)可能形成新的晶核，新晶核的生長(zhǎng)阻礙原晶粒生長(zhǎng)，對(duì)柱狀晶的發(fā)展產(chǎn)生隔斷作用。成分過(guò)冷區(qū)較大，凸起發(fā)展較長(zhǎng)，在凸起上再生新的凸起，就可生成樹(shù)枝晶。目前十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)第三節(jié)二元共晶相圖一、相圖形式

兩組元在液態(tài)下無(wú)限互溶，固態(tài)下有限溶解，一組元溶入另一組元中時(shí)都使凝固溫度下降，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。如Pb—Sn、Ag—Cu等形成二元合金對(duì)應(yīng)的相圖就是二元?jiǎng)蚓鄨D。相圖的構(gòu)成：tAE和tBE為兩液相線，與其對(duì)應(yīng)的tAC和tBD為兩固相線；CG和DH固溶體α、β的溶解度隨溫度變化線；CED為水平共晶線。將相圖分成三個(gè)單相區(qū)L、α、β；三個(gè)雙相區(qū)L＋α、L＋β、α＋β和一個(gè)三相區(qū)L＋α＋β，即CED為共晶線。目前二十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、共晶體的形成第三節(jié)二元共晶相圖過(guò)程

在TE溫度以上僅是液體的冷卻到達(dá)略低于TE的溫度，按L＋α相區(qū)分析應(yīng)為從液體中析出C成分的α相，而按L＋β相區(qū)分析應(yīng)從液體中析出D成分的β相。如果α和β按一定的比例析出，最終液體的成分不變，兩固相不斷同時(shí)析出，即共同結(jié)晶，故稱(chēng)為共晶轉(zhuǎn)變，直到液體完全消失，結(jié)晶過(guò)程完成，得到的是兩固相的混合物，稱(chēng)為共晶體。在TE溫度以下僅是固體的冷卻成分為E點(diǎn)合金的凝固目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、共晶體的形成第三節(jié)二元共晶相圖形核特點(diǎn)交替形核在一定的過(guò)冷度下，盡管兩固相都可能從液體中形核，由于兩固溶體的成分結(jié)構(gòu)的差別，總有一個(gè)固相先形核，它稱(chēng)為領(lǐng)先相，設(shè)領(lǐng)先相為α，由于α富A組元，其生長(zhǎng)時(shí)附近液體則富B組元，α的存在和液體中B的富集，β相將附著在α上形核并長(zhǎng)大，同理在β相外將附著α的形核長(zhǎng)大。這種方式就是交替形核。此外也有人認(rèn)為交替形核是以邊緣橋接生長(zhǎng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、共晶體的形成第三節(jié)二元共晶相圖生長(zhǎng)特點(diǎn)共同生長(zhǎng)兩個(gè)相長(zhǎng)大時(shí)都要排放相應(yīng)的溶質(zhì)組元，排出的溶質(zhì)將阻礙自身的生長(zhǎng)，但兩相同時(shí)生長(zhǎng)時(shí)，一相排出的組元正是另一相生長(zhǎng)所需要的，所以?xún)上嗟纳L(zhǎng)過(guò)程將互相促進(jìn)，最后是兩相共同攜手長(zhǎng)大。由于兩固相的成分是固定的，綜合成分應(yīng)和液體的成分相同，它們的數(shù)量反映在二者的厚度相對(duì)比例上。

目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、共晶體的形成第三節(jié)二元共晶相圖組織特點(diǎn)

當(dāng)兩個(gè)固相都是金屬性較強(qiáng)相時(shí)，共晶體一般生長(zhǎng)成層片狀。當(dāng)兩相的相對(duì)數(shù)量比相差懸殊時(shí)，在界面能的作用下，數(shù)量較小的相將收縮為條、棒狀，更少時(shí)為纖維狀，甚至為點(diǎn)(球)狀。

當(dāng)有一相或兩相都具有較強(qiáng)的非金屬性時(shí)，它們表現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性，不同方向的生長(zhǎng)速度不同，并且有特定的角度關(guān)系，同時(shí)生長(zhǎng)過(guò)程要求的動(dòng)態(tài)過(guò)冷度也有差異，往往有一個(gè)相在生長(zhǎng)中起主導(dǎo)作用，決定了兩相的分布，共晶體的形態(tài)也具有獨(dú)特性，這時(shí)常見(jiàn)的形態(tài)有針狀、骨肋狀、蜘蛛網(wǎng)狀、螺旋狀等。目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、共晶體的形成第三節(jié)二元共晶相圖目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、共晶體的形成第三節(jié)二元共晶相圖目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、共晶體的形成第三節(jié)二元共晶相圖目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、典型合金的凝固第三節(jié)二元共晶相圖1.合金IV(成分在E點(diǎn)附近)特點(diǎn)

在液體中α和β同時(shí)具有析出條件，都可以析出。由于α和β析出過(guò)程在成分上可以互相補(bǔ)充和促進(jìn)，共同析出。凝固過(guò)程可以在恒溫下進(jìn)行到結(jié)束。最終得到兩相交替的混合組織。結(jié)論：合金Ⅳ(成分在E點(diǎn)附近)L→α+β轉(zhuǎn)變發(fā)生在TE溫度，得到的兩項(xiàng)交替分布的組織稱(chēng)為共晶體。目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、典型合金的凝固第三節(jié)二元共晶相圖2.合金Ⅰ(成分在AG之間)L→L+α→α轉(zhuǎn)變過(guò)程完全同固溶體，最后組織為單相固溶體。

3.合金Ⅱ(成分在GC之間)L→L+α→α→α+βII

在到CG線之前同固溶體，到CG線之下，α相中溶劑B組元的量為過(guò)飽和，從中將有β相析出。一般從固態(tài)α析出的β相在的內(nèi)部成點(diǎn)狀分布。值得指出的是β量少時(shí)往往先在α的晶界處，此外，固態(tài)析出轉(zhuǎn)變?cè)舆w移和β形核較困難，當(dāng)過(guò)飽和度不大時(shí)，這個(gè)析出往往不發(fā)生。

目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、典型合金的凝固第三節(jié)二元共晶相圖4.合金Ⅲ(成分在CE之間)L→L+α→α初+(L+α+β)→(α初+βII)+(α+β)共在到達(dá)TE溫度前轉(zhuǎn)變同固溶體的轉(zhuǎn)變,在TE溫度下剩余的液體轉(zhuǎn)變同共晶成分E(合金Ⅳ)的轉(zhuǎn)變。

目前三十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、典型合金的凝固第三節(jié)二元共晶相圖室溫下的平衡相室溫下的組織組成物目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)四、共晶合金非平衡凝固第三節(jié)二元共晶相圖1、冷卻速度較快，共晶體的形成轉(zhuǎn)變進(jìn)行較快，共晶體中兩相的層片間距變小(相對(duì)的比例仍舊不變)；非共晶部分的轉(zhuǎn)變同固溶體的非平衡轉(zhuǎn)變。2、偽共晶在共晶點(diǎn)附近非共晶成分的合金在快速冷卻時(shí)，少量初生相的析出未進(jìn)行就被冷卻到共晶溫度以下，直接發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，可以得到全部的共晶體組織，這種組織稱(chēng)為偽共晶。它們的形貌和共晶體沒(méi)有明顯的差別，僅內(nèi)部?jī)上嗟臄?shù)量比有覺(jué)察不到差別。目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)四、共晶合金非平衡凝固第三節(jié)二元共晶相圖3、亞(過(guò))共晶成分的合金在快速冷卻時(shí)，由固溶體析出和偽共晶轉(zhuǎn)變綜合可知，①初晶的晶粒細(xì)化；②初生相內(nèi)有晶內(nèi)偏析(可能為枝晶偏析)；③共晶體細(xì)化且多為偽共晶；④共晶體的數(shù)量多于平衡態(tài)。4、出現(xiàn)非平衡共晶

C點(diǎn)附近未到共晶平衡的合金，在冷卻到共晶溫度以下時(shí)，固溶體凝固未完成，余下的液體成分也到共晶成分附近，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。這種本不應(yīng)該有共晶體的材料因冷卻速度過(guò)快，發(fā)生非平衡轉(zhuǎn)變而生成的共晶體稱(chēng)為非平衡共晶。非平衡共晶的數(shù)量隨冷卻速度的加快而增加，但總量較少，一般出現(xiàn)在幾個(gè)晶粒的交界處。目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)四、共晶合金非平衡凝固第三節(jié)二元共晶相圖5、離異共晶在C點(diǎn)附近凝固形成的共晶體數(shù)量較少時(shí)，有時(shí)共晶體中的同初生相相同的一相依附在初生相上，另一相擠到初生相的晶界單獨(dú)存在，這種見(jiàn)不到共晶形貌的共晶體稱(chēng)為離異共晶。它可發(fā)生在平衡凝固時(shí)，而非平衡共晶有時(shí)也以離異共晶的形式出現(xiàn)。目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)第四節(jié)二元包晶相圖一、相圖形式

兩組元在液態(tài)下無(wú)限互溶，固態(tài)下有限溶解，并且發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。相圖的構(gòu)成：ac和bc為兩液相線，與其對(duì)應(yīng)的ad和bp為兩固相線；df和pg固溶體α、β的溶解度隨溫度變化線；dpc為包晶轉(zhuǎn)變線。它們分隔相圖為三個(gè)單相區(qū)L、α、β；三個(gè)雙相區(qū)L＋α、L＋β、α＋β；一個(gè)三相區(qū)L＋α＋β，即水平線dpc為包晶線。包晶轉(zhuǎn)變

L+α→β

目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、包晶體轉(zhuǎn)變第四節(jié)二元包晶相圖過(guò)程

在液相區(qū)為液體的冷卻，進(jìn)入兩相區(qū)，發(fā)生與固溶體凝固相同的凝固轉(zhuǎn)變，到達(dá)P點(diǎn)，液體的成分為C，固體的成分為D。從L+β相區(qū)可知也滿(mǎn)足液體和β相的平衡，與C成分液體平衡還有P成分的固體β相。

成分為P點(diǎn)合金的凝固目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、包晶體轉(zhuǎn)變第四節(jié)二元包晶相圖過(guò)程

β相的形核在α相晶體和液體的邊界處，由于β相的成分介于液體和α相之間，所以它是靠消耗部分已有的α相和部分液體來(lái)實(shí)現(xiàn)。成分為P點(diǎn)合金的凝固

β相的生長(zhǎng)在液體和α相的交界面處最有利，沿邊界同時(shí)消耗液體和α相來(lái)長(zhǎng)大，形成的β相包圍在α相外圍，將α相與液體分隔開(kāi)，所以把這種轉(zhuǎn)變稱(chēng)為包晶轉(zhuǎn)變。目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、包晶體轉(zhuǎn)變第四節(jié)二元包晶相圖過(guò)程

在略低于TP的溫度下，進(jìn)一步的生長(zhǎng)過(guò)程，伴隨A組元從α相穿過(guò)β相到達(dá)液體界面，液體轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?，同時(shí)多余的B組元穿過(guò)β相到達(dá)α相界面，α相中B組元的減少使部分α相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪嘁员ＷCα相要求的成分。即β相長(zhǎng)大的過(guò)程是A組元穿過(guò)β相向液體處擴(kuò)散，B組元穿過(guò)β相向α相處擴(kuò)散，同時(shí)消耗液相和α相。

成分為P點(diǎn)合金的凝固目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、包晶體轉(zhuǎn)變第四節(jié)二元包晶相圖過(guò)程

開(kāi)始發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變時(shí)α相的數(shù)量為：成分為P點(diǎn)合金的凝固β相的成分在P點(diǎn)，液體和α相的成分分別在C、D，所以它們消耗的比例：這兩個(gè)比例恰好相等，理論上講液體和α相同時(shí)消耗完畢，得到單一的β相晶體。

目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、典型合金的冷卻轉(zhuǎn)變

第四節(jié)二元包晶相圖1.B組元的含量在DP之間到達(dá)包晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，比較可知，固相將有剩余，殘余的α相在β相的晶粒內(nèi)部。2.B組元的含量在PC之間同理到達(dá)包晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，包晶轉(zhuǎn)變以α相消耗完而結(jié)束。再剩余的液體進(jìn)入L＋β兩相平衡相區(qū)，按固溶體的凝固方式轉(zhuǎn)變，成分分別沿CB和PB曲線變化，直到液體全部消耗為止。最終的組織為單一的β相。

其他成分不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，不再重復(fù)分析。目前四十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)四、非平衡轉(zhuǎn)變組織第四節(jié)二元包晶相圖

包晶轉(zhuǎn)變過(guò)程伴隨組元在β相的固體中擴(kuò)散遷移，因此包晶轉(zhuǎn)變進(jìn)行的非常緩慢，達(dá)到上述情況是理想的平衡分析，實(shí)際冷卻很難實(shí)現(xiàn)。

在一般的冷卻條件下，包晶轉(zhuǎn)變未結(jié)束，系統(tǒng)已經(jīng)到TP以下的溫度，液體將將按L＋β兩相平衡規(guī)律直接凝固結(jié)晶。P點(diǎn)成分的合金一方面會(huì)有部分α相殘留，另一方面β相的成分偏離P點(diǎn)，以這種不平衡的組織保留下來(lái)。

成分在DP之間的合金，由于包晶轉(zhuǎn)變的不充分，在α相的晶界處會(huì)有液體直接凝固生成的β相存在。成分在PC之間的合金，本來(lái)不應(yīng)該有剩余的α相，由于包晶轉(zhuǎn)變的不充分，在β相的晶體內(nèi)部將會(huì)有殘留的α相存在。

目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)第五節(jié)復(fù)雜二元相圖分析方法一、相圖形式1、形成穩(wěn)定化合物的相圖目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)一、相圖形式第五節(jié)復(fù)雜二元相圖分析方法2、固態(tài)轉(zhuǎn)變的相圖目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、分析方法第五節(jié)復(fù)雜二元相圖分析方法1、二元相圖中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變

兩個(gè)組元構(gòu)成的相圖，盡管最多只能出現(xiàn)三相平衡，但實(shí)際材料中由于兩組元往往能生成不同的化合物，實(shí)際的二元相圖有一些就相當(dāng)復(fù)雜。

目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)二、分析方法第五節(jié)復(fù)雜二元相圖分析方法2、復(fù)雜相圖分析方法高溫下大多為均勻的液相，組元在兩邊線，附近有組元為溶劑的固溶體(端際固溶體)，可能有的溶解度非常小，固溶體區(qū)域縮小近似為直線。在相圖的中部所有找到生成的化合物(中間相)，這些中間相為溶劑，溶入組元形成單相區(qū)。非常穩(wěn)定的化合物，特別是正常價(jià)化合物，溶解組元的能力非常低，退化為直線。

以中間的單相區(qū)為界將相圖分割成若干區(qū)域，則每個(gè)區(qū)域?yàn)橐呀?jīng)討論過(guò)的簡(jiǎn)單相圖，按簡(jiǎn)單相圖的規(guī)律來(lái)分析。也可以用水平線為中心，即三相平衡為基礎(chǔ)來(lái)劃分區(qū)間，分解復(fù)雜相圖為基本類(lèi)型。

以中間的單相區(qū)為界將相圖分割成若干區(qū)域，則每個(gè)區(qū)域?yàn)橐呀?jīng)討論過(guò)的簡(jiǎn)單相圖，按簡(jiǎn)單相圖的規(guī)律來(lái)分析。

目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、相圖與材料性能的聯(lián)系1.力學(xué)、物理性能第五節(jié)復(fù)雜二元相圖分析方法目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三、相圖與材料性能的聯(lián)系第六節(jié)相圖與材料性能的聯(lián)系2.加工的工藝性能目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)第六節(jié)三元相圖

含有三個(gè)組元的系統(tǒng)成為三元系，第三個(gè)組元的加入，不僅會(huì)改變?cè)瓉?lái)兩個(gè)組元之間的溶解度，而且第三組元可溶入原可形成的相中改變其性質(zhì)，并且還可產(chǎn)生新的相，出現(xiàn)新的轉(zhuǎn)變，引起材料的組織、性能和相應(yīng)的加工處理工藝的變化。三組元的材料在工程中用的也相當(dāng)普遍，例如合金鋼、鑄鐵、鋁鎂銅合金、ZrO2－Al2O3－Y2O3陶瓷等，所以需要了解三元系相圖。

目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三元相圖引言

在恒壓下，二元系只有兩個(gè)獨(dú)立變量：溫度和成分，相圖是平面圖。三元系將有溫度和兩個(gè)成分參數(shù)構(gòu)成的三個(gè)獨(dú)立變量，因此三元相圖是空間立體圖，給表達(dá)和學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)上帶來(lái)相當(dāng)?shù)睦щy。

本章介紹三元相圖的一般概念，反應(yīng)類(lèi)型，利用截面圖和投影圖來(lái)判斷材料中的相反映類(lèi)型和組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。

目前四十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)6-1三元相圖成分表示方法返回等邊三角形法

濃度三角形等腰三角形法直角坐標(biāo)法三元相圖的基本形狀目前五十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)等邊三角形法

取等邊三角形ABC，三個(gè)頂點(diǎn)表示三個(gè)純組元；三個(gè)邊各定為100％，分別代表A－B、B－C、C－A三個(gè)二元系的成分；位于三角形內(nèi)的點(diǎn)代表三元系的成分。在三角形內(nèi)任取一點(diǎn)X，由X順次作平行于三個(gè)邊的線段xa、xb、xc，如果將三角形的邊長(zhǎng)定為100%，則有xa+xb+xc=AB=100%。可以用xa,xb,xc分別表示組元A、B、C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)濃度三角形

為了便于使用，利用幾何屬性：xa=Cb,xb=Ac,xc=Ba,并將其刻度標(biāo)注在邊上。為了閱讀方便，往往在三角形內(nèi)用平行畫(huà)出網(wǎng)格，在三角形的邊上標(biāo)注數(shù)值，把這個(gè)三角形成為成分三角形或濃度三角形。此外，在數(shù)值的標(biāo)注時(shí)要方向一致，用順時(shí)針或逆時(shí)針都可以。

例如圖中的x點(diǎn)則表示其成分為55%A－20%B－25%C。目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)濃度三角形中的特定線①平行于一邊的直線上所有點(diǎn)，表示這個(gè)邊對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的組元含量均相等；②過(guò)一頂點(diǎn)的直線上所有點(diǎn)，表示另兩個(gè)頂點(diǎn)代表的兩組元的含量比為一定值。在相圖的應(yīng)用時(shí)，所作的垂直截面往往過(guò)這兩類(lèi)直線。

目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)等腰梯形法

取等邊三角形ABC的一部分，用不同的比例組成等腰梯形。目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)直角坐標(biāo)法

在三元系中，如果以一個(gè)組元為主體，另外兩組元的含量較低，例如鑄鐵中分析的Fe－C－P系，可以采用直角坐標(biāo)，稱(chēng)直角三角形法。如圖所示，其中一個(gè)坐標(biāo)軸表示B組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，另一個(gè)坐標(biāo)軸表示C組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則余下部分就是A組元的分?jǐn)?shù)。在直角坐標(biāo)中，根據(jù)兩組元的含量變化范圍，可以采用不同比例的刻度。XA=100%-XB-XC

目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三元相圖的基本形狀

以濃度平面為基礎(chǔ)，垂直于濃度平面的高度坐標(biāo)為溫度，以此構(gòu)成的空間圖形，空間中任一點(diǎn)代表了系統(tǒng)一固定狀態(tài)，在圖中表示每一狀態(tài)的相平衡情況，相區(qū)之間分界也有二元相圖的曲線發(fā)展為曲面。如果濃度平面為濃度三角形，則其三元相圖為三棱柱體，它的三個(gè)側(cè)面為三組元兩兩組成的二元相圖。要認(rèn)識(shí)三元相圖，必須熟悉二元相圖的所有規(guī)律。

目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)6-2三元?jiǎng)蚓鄨D返回相圖分析水平截面圖合金的平衡冷卻凝固過(guò)程垂直截面圖三元相圖的基本形狀目前五十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三元?jiǎng)蚓鄨D分析形成條件：三組元在液態(tài)和固態(tài)都能無(wú)限互溶?？臻g形貌：三棱柱體的相圖，三個(gè)側(cè)面為兩兩組成的三個(gè)二元?jiǎng)蚓鄨D，內(nèi)部有兩個(gè)曲面將相圖分為三個(gè)區(qū)間。點(diǎn)：在三組元的上方有三個(gè)點(diǎn)a、b、c分別為三組元的熔點(diǎn)。曲面：上面的曲面稱(chēng)為液相面，下面的曲面稱(chēng)為固相面。相區(qū)：液相區(qū)――液相面之上；

固相區(qū)――固相面以下；兩相區(qū)――液相面和固相面之間包圍的區(qū)間L＋α。目前五十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)水平截面圖(等溫截面)

那么m、n、o點(diǎn)必然共一直線，成分為O的合金得到的兩平衡相的相對(duì)數(shù)量比為：

當(dāng)溫度一定，可以在等溫截面圖上來(lái)分析，材料的成分o若處在兩相區(qū)，這時(shí)系統(tǒng)達(dá)到平衡(即穩(wěn)定)狀態(tài)，平衡的液相成分應(yīng)在空間的液相面上，在等溫截面圖的液相線上，同樣平衡的固相的成分點(diǎn)在截面圖的固相線上，如圖中的m、n兩點(diǎn)。目前五十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)水平截面圖－－連接線

連接線上各成分的合金在該溫度下平衡的兩相成分為連接線兩端點(diǎn)的成分。液相線上每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的液體都有固定的固相與之平衡，即在液相線上每一點(diǎn)在固相線上都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，所以把這兩條線稱(chēng)為共軛線。在一定溫度下，同一成分的合金有固定的平衡相，所以連接線不可能相交。

在給定的溫度下，兩平衡相的成分之間的連接線段稱(chēng)為連接線。上述的線段mn就是連接線。目前六十頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)水平截面圖－－柯氏法則

在給定溫度下，平衡的液相和固相之間，低熔點(diǎn)的組元在液相中的分?jǐn)?shù)應(yīng)高于在固相中的分?jǐn)?shù)。因此在連接線中任取一點(diǎn)，過(guò)該點(diǎn)和成分三角形的某一頂點(diǎn)連接一直線，則連接線的兩端點(diǎn)在這直線的兩邊，其中液體點(diǎn)應(yīng)在直線分隔的另兩組元的低熔點(diǎn)那一邊。目前六十一頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)合金的平衡冷卻凝固過(guò)程

合金O自液態(tài)冷卻下來(lái)，開(kāi)始是液體的降溫，直到液相面的溫度tS，溫度再下降時(shí)，液態(tài)具有一定的過(guò)冷度，開(kāi)始凝固，形核長(zhǎng)大析出的固體α，在這溫度下可達(dá)到液－固平衡，平衡時(shí)液體的成分在液相面上某一點(diǎn)，固相成分也應(yīng)在固相面上的某一點(diǎn)。溫度不斷下降，液體的數(shù)量在逐漸減少，固體的數(shù)量不斷增加，液體的成分變化一直在液相面上，而固體的成分變化在固相面上。到達(dá)和固相面交點(diǎn)溫度tf時(shí)，液體全部消失，得到成分為O的均勻固溶體。隨后溫度下降僅是固體的冷卻降溫，組織不發(fā)生變化。

目前六十二頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)合金的平衡冷卻凝固過(guò)程

整個(gè)結(jié)晶在一溫度范圍內(nèi)完成，由于有結(jié)晶潛熱的放出，在冷卻曲線上凝固時(shí)下降平緩，曲線在凝固開(kāi)始和結(jié)束處有明顯的轉(zhuǎn)折。

如果不過(guò)分考究轉(zhuǎn)變過(guò)程的內(nèi)涵，三元?jiǎng)蚓Х磻?yīng)的過(guò)程與二勻晶反應(yīng)基本相同。都是進(jìn)行選分結(jié)晶，在平衡緩慢冷卻過(guò)程中，都可得到成分均勻的固溶體。如果在非平衡冷卻過(guò)程，同樣會(huì)出現(xiàn)晶內(nèi)偏析，若晶體以樹(shù)枝晶方式長(zhǎng)大，便得到枝晶偏析組織。在結(jié)晶過(guò)程中，也存在成分過(guò)冷的影響。

目前六十三頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)兩相平衡成分變化規(guī)律

三元?jiǎng)蚓У哪探Y(jié)晶過(guò)程中，盡管液相的成分變化在液相面上，起軌跡是一曲線，但這條曲線并不在一個(gè)平面上，是一條空間曲線；同樣固相的成分變化也是在固相面上的一空間曲線。勻晶合金凝固過(guò)程中在每一溫度下平衡都有對(duì)應(yīng)的連接線，將這些連接線投影到成分平面上，為一系列繞成分點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)的線段，O點(diǎn)分連接線兩線段的比隨結(jié)晶過(guò)程在不斷變化，得到的圖形類(lèi)似一只蝴蝶，稱(chēng)之為固溶體合金結(jié)晶過(guò)程中的蝴蝶形跡線。跡線的外緣曲線就是結(jié)晶過(guò)程液、固成分變化曲線的投影。目前六十四頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)垂直截面圖(變溫截面)目前六十五頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)垂直截面圖(變溫截面)截面形狀：截面與液相面和固相面相交，得到兩條曲線，分別稱(chēng)為液相線和固相線。一般情況所的是兩邊開(kāi)口的，如果截面過(guò)某一組元的成分點(diǎn)則有一邊是閉合，這兩曲線將圖形分為三個(gè)區(qū)域，即L、L＋α、α。目前六十六頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)垂直截面圖內(nèi)容

①截面過(guò)分析合金的成分點(diǎn)，不同溫度下該成分在圖中為一垂直線，垂線和兩曲線的交點(diǎn)即為合金凝固開(kāi)始和結(jié)束溫度，曲線給出了冷卻過(guò)程經(jīng)歷的各種相平衡，即清楚表達(dá)了凝固冷卻過(guò)程，和冷卻曲線有完好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

②固溶體凝固時(shí)，液相和固相的成分變化是空間曲線，并不都在截面上，所以這是液相線和固相線的走向不代表它們的成分變化，盡管形狀類(lèi)似二元相圖，但這里不能應(yīng)用杠桿定律來(lái)分析平衡相的成分和數(shù)量關(guān)系。目前六十七頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)6-3三元系中的三相平衡返回三相平衡轉(zhuǎn)變類(lèi)型三相平衡區(qū)的水平截面重心法則三相平衡區(qū)的空間形狀三相平衡區(qū)的垂直截面三相平衡區(qū)在成分平面上的投影目前六十八頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)三相平衡轉(zhuǎn)變類(lèi)型

按物質(zhì)不滅的原理，系統(tǒng)如果發(fā)生相轉(zhuǎn)變，降溫時(shí)，至少要有一個(gè)反應(yīng)相(含量減少)和一個(gè)生成相(含量增加)，三元系處于三相平衡，可能組合的轉(zhuǎn)變類(lèi)型有兩種：共晶型

是指降溫時(shí)存在一個(gè)反應(yīng)相和兩個(gè)生成相這一類(lèi)的總稱(chēng)。包括共晶、共析、偏晶等，反應(yīng)式為：

包晶型

是指降溫時(shí)存在兩個(gè)反應(yīng)相和一個(gè)生成相這一類(lèi)的總稱(chēng)。包括包晶、包析等，反應(yīng)式為：

目前六十九頁(yè)\總數(shù)七十七頁(yè)\編于十一點(diǎn)連接三角形

如果某一成分的合金在截面的溫度下處于三相平衡，由相律f=c－p＋1=3－3＋1=1，存在一個(gè)自由度，平衡可以發(fā)生的一溫度范圍，所以三元系的三相平衡轉(zhuǎn)變不是在一恒下進(jìn)行，即轉(zhuǎn)變過(guò)程是在一溫度范圍內(nèi)發(fā)生。當(dāng)溫度一定，三個(gè)平衡相的成分將是確定不變的。在這個(gè)溫度下，連接三個(gè)平衡相的成分點(diǎn)，就得到一三角形，這個(gè)三角形稱(chēng)為連接三角形。

連接三角形是