二元合金的相圖及

二元合金的相圖及第一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五本章題重點與難點教學(xué)重點教學(xué)難點合金的相結(jié)構(gòu)勻晶相圖、共晶相圖和包晶相圖的相圖分析、平衡結(jié)晶過程等勻晶相圖和固溶體的結(jié)晶包晶相圖及其合金的結(jié)晶第二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五合金：指兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)過熔煉或燒結(jié)，或用其它方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。如：碳素鋼（鐵、碳）；黃銅（銅、鋅）；鉛青銅（銅、鋅、鉛）。合金為什么比純金屬性能優(yōu)良呢？首先要了解：1、各合金組元彼此相互作用形成那些合金相；他們的化學(xué)成分及其晶體結(jié)構(gòu)如何；2、合金結(jié)晶以后各組成相的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布狀況，即組織狀態(tài)如何？最終達(dá)到目的：合金和化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、組織狀態(tài)和性能之間的變化規(guī)律。分析所用的工具：合金相圖。第二章二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶第三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五１、組元(元）：組成合金的最基本的、能獨立存在的物質(zhì)。一般，組成合金的各個化學(xué)元素及穩(wěn)定的化合物都是組元。合金中有幾種組元就稱之為幾元合金。碳素鋼是二元合金，鉛青銅是三元合金。２、合金系：是指具有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。如各種碳素鋼。３、相：當(dāng)不同組元經(jīng)熔煉或燒結(jié)組成合金時，這些組元間由于物理、化學(xué)的相互作用，形成具有一定晶體結(jié)構(gòu)和一定成分的相。相是指在合金中，凡是化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分隔開來的一個均勻區(qū)域。在一個相中可以有多個晶粒，但是一個晶粒中只能是同一個相。由一種相組成的合金稱為單相合金；由幾種不同相組成的合金稱為多相合金?！?.1合金中的相第四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五組織的概念：在金屬與合金中，由于形成的條件不同，可能形成不同的相，并且相的數(shù)量、大小、分布狀態(tài)也不同，即形成不同的組織。組織是一個與相緊密相關(guān)的概念。通常，可以將直接用肉眼或借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的微觀形貌圖象統(tǒng)稱為組織。宏觀組織：用肉眼或放大鏡觀察到的。顯微組織：用顯微鏡觀察到的。電子顯微組織：用電子顯微鏡觀察到的。相是組成組織的基本組成部分，但是，同樣的相，當(dāng)它們的大小、分布不同時，就會出現(xiàn)不同的組織。組織是決定材料性能的一個極為重要的因素。在條件相同的條件下，不同的組織使材料表現(xiàn)出不同的性能。因此，在實際生產(chǎn)中，控制和改變材料的組織具有極為重要的意義。第五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五相的種類繁多，但根據(jù)相的晶體結(jié)構(gòu)特點可以將相分為兩大類：固溶體和金屬間化合物。固溶體和金屬間化合物的區(qū)別在于晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的組元的結(jié)構(gòu)是否相同。2、1、1固溶體固溶體：合金的組元之間以不同的比例相互混合，混合后形成的固相的晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。這種組元稱為溶劑，其它的組元即為溶質(zhì)。2、1、1、1固溶體的分類1、按溶質(zhì)原子在晶格中所占位置分類：（1）置換固溶體：是指溶質(zhì)原子位于溶劑晶格的某些結(jié)點位置所形成的固溶體，猶如這些結(jié)點的溶劑原子被溶質(zhì)原子所置換一樣。第六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（2）間隙固溶體：溶質(zhì)原子不是占據(jù)溶劑晶格的正常結(jié)點位置，而是填入溶劑原子間的一些間隙中。2、按固溶度分類（1）有限固溶體：在一定條件下，溶質(zhì)組元在固溶體中的濃度有一定的限度，超過這個限度就不再溶解了。這一限度稱為溶解度或固溶度。第七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（2）無限固溶體：溶質(zhì)能夠以任意比例溶入溶劑，固溶體的溶解度可達(dá)100%。此時，難以區(qū)分溶質(zhì)、溶劑，只有將濃度大于50%的組元成為溶劑，濃度小于50%的組元稱為溶質(zhì)。注意：無限固溶體只可能是置換固溶體，不可能是間隙固溶體。3、按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對分布分類（1）無序固溶體：溶質(zhì)原子統(tǒng)計地或隨機地分布于溶劑的晶格中，它或占據(jù)著與溶劑原子等同的一些位置，或占據(jù)溶劑原子的間隙中，看不出什么次序性或規(guī)律性，這類固溶體叫做無序固溶體。（2）有序固溶體：當(dāng)溶質(zhì)原子按適當(dāng)比例并按一定的順序和一定的方向，圍繞著溶劑原子分布時，這類固溶體叫做有序固溶體。有些合金在一定溫度下，可以由無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w，稱為有序化轉(zhuǎn)變。有序固溶體又稱為超結(jié)構(gòu)或超點陣。第八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、1、1、2固溶體的性能溶質(zhì)原子與溶劑原子大小不同，溶入溶劑必然造成局部的晶格畸變。第九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五1、對于置換固溶體和間隙固溶體而言，隨著溶質(zhì)原子的加入，點陣常數(shù)都要發(fā)生變化，固溶體能也發(fā)生了變化。見圖2-5。固溶強化的概念:表現(xiàn)為固溶體的強度和硬度升高、塑性和韌性有所下降。溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸相差越大，則強化效果越好；間隙原子造成的晶格畸變比置換原子大，強化效果也好。而如延伸率、斷面收縮率和沖擊功等塑性、韌性等比純金屬的平均值要低。固溶強化是提高合金機械性能的一種重要途徑，在金屬材料的生產(chǎn)和研究中得到了極為廣泛的應(yīng)用。間隙原子造成的晶格畸變比置換原子大，強化效果也好。對綜合力學(xué)性能要求較高，即強度、韌性和塑性之間有較好配合的結(jié)構(gòu)材料，常以固溶體作為基本相。2、物理性能也會發(fā)生變化。第十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、1、2金屬間化合物是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種新相，又稱為中間相。其晶格類型及性能不同于任一組元，一般可以用分子式來大致表示其組成。因為具有一的金屬性質(zhì)，所以稱為金屬間化合物。金屬間化合物的性能：由于金屬間化合物一般具有復(fù)雜的化合鍵和晶格結(jié)構(gòu)，其熔點高，硬而脆。合金中的金屬化合物使合金的強度、硬度和耐磨性提高，但會降低塑性和韌性。因此，它是碳鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金和許多有色合金的重要強化相。與固溶體適當(dāng)配合，可以滿足材料所需要的性能要求。如碳鋼中的Fe3C、工具鋼中的VC、高速鋼中的W2C、硬質(zhì)合金中的WC和TiC等，提高了材料的強度、硬度、耐磨性和熱硬性等。常見的金屬間化合物有：正常價化合物、電子化合物、間隙相和間隙化合物三種。第十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、1、2、1正常價化合物通常由金屬元素與周期表中第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族元素組成。具有嚴(yán)格的化合比，成分固定不變，可用化合式表示。正常價化合物的特點：組元負(fù)電性相差較大，周期表中的位置相差較遠(yuǎn)。兩組元的負(fù)電性相差越大，組成的化合物就越穩(wěn)定。性能：具有較高的硬度，脆性較大。2、1、2、2電子化合物是由第Ⅰ族或過渡族金屬元素與第Ⅱ至第Ⅴ族金屬元素形成的金屬化合物。它不遵守原子價規(guī)律，而是按照一定電子濃度的比值形成化合物，電子濃度不同，所形成的化合物的晶格類型也不同。例如電子濃度為21/14時，具有體心立方；21/13時，為復(fù)雜立方晶格；21/12時，為密排六方晶格。性能：具有很高的熔點和硬度，但脆性很大。第十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、1、2、3間隙相和間隙化合物主要受組元的原子尺寸因素所控制，通常由過渡族金屬與原子半徑很小的非金屬元素氫、氮、碳和硼所組成。根據(jù)非金屬元素（以X表示）與金屬元素（以M表示）的原子半徑的比值，可以分為兩類：當(dāng)rx/rm<0.59時，形成具有簡單結(jié)構(gòu)的化合物，稱為間隙相；當(dāng)rx/rm>0.59時，則形成具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的化合物，稱為間隙化合物。間隙相的性能：具有極高的熔點和硬度，具有明顯的金屬特性，如具有金屬光澤和良好的導(dǎo)電性。是硬質(zhì)合金的重要相組成（VC）。間隙化合物的性能：具有很高的熔點和硬度，但比間隙相的熔點和硬度低些，而且加熱時也較易分解。是碳鋼及合金鋼中的重要組成部分（Fe3C）。第十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、2、1二元相圖表示方法合金結(jié)晶后，可以形成單相的固溶體或金屬間化合物，但通常形成既有固溶體又有金屬間化合物的多相組織。為了研究合金的組織與性能的關(guān)系，必須先了解合金中各種組織的形成與變化規(guī)律。而相圖則是有效工具。相圖：是表示在平衡狀態(tài)下合金的化學(xué)成分、相、組織與溫度的關(guān)系圖。（平衡狀態(tài)圖）是表示合金系在平衡條件下，在不同溫度、成分下的各相關(guān)系的圖解，因此，又稱之為狀態(tài)圖或平衡圖。所謂平衡是指合金系中各相成分與相質(zhì)量比不再隨時間變化的一種狀態(tài)。合金在極緩慢冷卻條件下結(jié)晶，可以認(rèn)為是平衡條件下的結(jié)晶過程。§2.2二元合金相圖的建立第十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五利用相圖，可以一目了然地了解到不同成分的合金在不同溫度下的平衡狀態(tài)，它存在哪些相，相的成分及相對含量如何，以及加熱或冷卻時，可能發(fā)生哪些轉(zhuǎn)變等。合金存在的狀態(tài)通常由合金的成分、溫度和壓力三個因素確定。合金的化學(xué)成分變化時，則合金中所存在的相以及相的相對含量也隨之發(fā)生變化，同樣，當(dāng)溫度和壓力發(fā)生變化時，合金所存在的狀態(tài)也要發(fā)生變化。由于合金的熔煉、加工都是在常壓下進行，所以合金的狀態(tài)可以由合金的成分及溫度兩個因素決定。二元系合金的相圖如2-7所示。橫坐標(biāo)表示成分，縱坐標(biāo)表示溫度。在成分和溫度坐標(biāo)平面上的任意一點稱為表象點。一個表象點的坐標(biāo)值表示一個合金的成分和溫度。第十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、2、2相圖的測定建立相圖的方法有實驗測定和理論計算兩種?，F(xiàn)在所使用的相圖大部分是根據(jù)實驗方法建立起來的。實驗的方法很多，有熱分析法、膨脹法、X射線結(jié)構(gòu)分析法等方法是：以Cu-Ni合金為例。上臨界點連線為液相線，下臨界點連線為固相線，三個區(qū)：液相區(qū)用L表示，固相區(qū)，用a

表示，液、固兩相共存區(qū)，用a+L表示。第十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五I：純銅；II：75%Cu+25%NiIII：50%Cu+50%NiIV：25%Cu+75%NiV：純Ni第十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、2、3二元合金相圖的使用1、由相圖確定某一成分合金某一溫度時存在的相。2、由相圖確定給定合金的相變溫度。3、由相圖確定某成分合金某一溫度下兩平衡相的成分和相對質(zhì)量（杠桿定律）二元合金兩相平衡時，兩平衡相的成分與溫度有關(guān)，溫度確定則兩平衡相的成分均為確定值。確定方法：過該溫度時的合金表象點作水平線，分別與相區(qū)兩側(cè)分界線相交，兩個交點的成分坐標(biāo)即為相應(yīng)的兩平衡相的成分。某一成分二元合金某溫度處于兩相平衡共存狀態(tài)時，兩平衡相的相對質(zhì)量也可以確定，但需用到杠桿定律。第十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五杠桿定律：在合金結(jié)晶過程中，隨著結(jié)晶過程的進行，合金中各個相的成分以及它們的相對含量都發(fā)生變化。對于一種合金，我們不僅要知道相的成分，還要知道相的相對含量。杠桿定律就是解決此問題。當(dāng)合金處于兩相區(qū)內(nèi)任一溫度時，L、α相的成分及兩相的相對量可按下述方法確定：第十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)合金處于兩相區(qū)內(nèi)任一溫度時，L、α相的成分及兩相的相對量可按下述方法確定：1)兩相成分的確定如圖所示，過溫度（T1）作水平線，該線與液相線交于a點，與固相線交于c點，點a在成分軸上的投影點a即為L相的成分，c在成分軸上的投影點即為固相的成分第二十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2)兩平衡相相對量的確定在兩相區(qū)內(nèi)，對特定的溫度，兩相的質(zhì)量比是一定值。設(shè):合金的總質(zhì)量為1,液相的相對質(zhì)量為WL,固相的相對質(zhì)量為Wa,,則有:WL+Wa=1。…….(1)此外，合金中含鎳量應(yīng)等于液相中的鎳與固相中的鎳含量之和，即WL*a+Wa*c=1*x…(2)將(1)代入(2)式中,可得

WL/Wa=xc/ax….(3)第二十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(3)式也可以寫成:WL=xc/ac*100%Wa=ax/ac*100%式中：WL為L相的相對質(zhì)量；Wa為固相相對質(zhì)量；xc、ax為線段長度。第二十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五TLTSTnbac杠桿定理QS=(bc／ab)100%

QL=(ac／ab)100%QS+QL=1aQS+bQL=cABabLS溫度QLQs第二十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、3、1相圖分析兩組元在液態(tài)和固態(tài)都無限互溶的合金系稱為勻晶系，勻晶系合金的相圖稱為勻晶相圖。這類合金凝固時，都是從液相中結(jié)晶出單相的固溶體，這種結(jié)晶過程稱勻晶轉(zhuǎn)變。

Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、Mo-W合金的相圖都屬于這類相圖。相圖分析：Cu-Ni二元合金相圖如圖2-10所示。上面一條是液相線，下面一條是固相線。液相線和固相線將相圖分為三個區(qū)域：液相區(qū)L、固相區(qū)a和固液共存的區(qū)域L+a?！?.3勻晶相圖第二十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五液相區(qū)L雙相區(qū)L+α固相區(qū)α液相線固相線液相區(qū)固相區(qū)雙相區(qū)第二十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、3、2合金的結(jié)晶過程1、平衡結(jié)晶過程以Cu含量為40%的合金為例：（1）當(dāng)合金自高溫緩慢冷卻到t1溫度時，開始從液相中結(jié)晶出a固溶體，根據(jù)平衡相的確定方法，可知其成分為L1，相平衡關(guān)系為：L1a1運用杠桿定律，計算此時固相的含量為0。（2）當(dāng)溫度緩慢冷卻到t2時，便有一定量的a固溶體結(jié)晶出來。此時的固相成分為a2，液相成分為L2，合金的相平衡關(guān)系為L2a2。為了達(dá)到這種平衡，除了在t2溫度直接從液相中結(jié)晶出的a2外，原來結(jié)晶出來的a1也必須改變?yōu)榕ca2相同的成分。與此同時，液相成分也由L1向L2轉(zhuǎn)變。在溫度不斷下降過程中，a的成分不斷沿固相線變化，液相成分不斷沿液相線變化。同時，固相a的數(shù)量不斷增加，液相L的數(shù)量不斷減少。兩相的相對含量可以通過杠桿定律求出。第二十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（3）當(dāng)冷卻到t3時，最后一滴液體結(jié)晶成固溶體，結(jié)晶終了，得到了與原合金成分相同的a固溶體。

第二十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第二十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五固溶體合金的結(jié)晶過程也是一個形核和長大的過程。形核既可以是均勻形核也可以是非均勻形核。和純金屬相同，固溶體形核時，既需要能量起伏，也需要結(jié)構(gòu)起伏。此外，由于固溶體結(jié)晶時所結(jié)晶出來的固相成分與原液相不同，因此，還需要成分起伏。通常所說的液態(tài)合金成分總是指宏觀平均成分，但微觀上看，由于原子運動的結(jié)果，在任意一個瞬間，液相中總有某些微小體積可能偏離液相的平均成分，這些微小體積的成分、大小和位置都在不斷變化著，這就是成分起伏。第二十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、不平衡結(jié)晶固溶體凝固經(jīng)歷一個溫度區(qū)間，并且固液兩相的成分都不斷變化。只有依賴于兩組元原子的充分?jǐn)U散，才能使每個溫度下的液、固兩相成分均勻一致。顯然，只有極緩慢的冷卻才能滿足原子的充分?jǐn)U散。實際生產(chǎn)中，合金液澆注后冷卻速度較快，原子擴散尚未充分進行就已繼續(xù)冷卻，使凝固偏離平衡結(jié)晶條件，這就是不平衡結(jié)晶。不平衡結(jié)晶時，原子因冷卻較快而不能擴散均勻，結(jié)果使凝固后的晶粒內(nèi)部成分不均勻，先結(jié)晶部分含高熔點組元較多，后結(jié)晶部分含低熔點組元較多。這種晶粒內(nèi)部成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶內(nèi)偏析。由于通常固溶體呈樹枝狀，表現(xiàn)為樹干和分枝間的成分不一致，故亦稱枝晶偏析。第三十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第三十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五嚴(yán)重的枝晶偏析使合金的力學(xué)性能降低，特別是塑性、韌性顯著降低，也使合金的抗腐蝕性能降低。生產(chǎn)中采用均勻化退火的方法來消除。均勻化退火（擴散退火）:把有枝晶偏析的合金放在低于固相線100~200℃的溫度下進行較長時間的加熱，通過原子的相互擴散而使成分趨于均勻。第三十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、3、3合金凝固時的成分過冷現(xiàn)象（1）成分過冷：由成分變化與實際溫度分布共同決定的過冷。（2）形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低→液相線溫度從低到高。（圖示：溶質(zhì)分布曲線→勻晶相圖→液相線溫度分布曲線→實際溫度分布曲線→成分過冷區(qū)。）第三十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五成分過冷及其對晶體生長形態(tài)的影響成分過冷對生長形態(tài)的影響（正溫度梯度下）G越小，成分過冷越大－生長形態(tài)：平面狀－胞狀－樹枝狀。第三十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五組成合金的兩組元在液態(tài)時無限互溶，固態(tài)時有限互溶，結(jié)晶時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的合金系所形成的二元合金相圖稱為共晶相圖。例如，Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si合金相圖均屬于這類相圖?！?.4共晶相圖第三十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、4、1相圖分析tA為Pb的熔點，tB為Sn的熔點，E點為共晶點。AE、EB為液相線，AMNB為固相線、MEN線為共晶線；MF為Sn在Pb中的溶解度曲線，NG為Pb在Sn中的溶解度曲線，這兩條曲線也稱為固溶度曲線。第三十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五Pb-Sn合金系有三個基本相，L是Pb與Sn兩組元形成的均勻的液相，α是Sn溶于Pb的固溶體，β是Pb溶于Sn的固溶體相圖中有三個單相區(qū)，即L、α、β相區(qū)。在這些單相區(qū)之間，相應(yīng)的有三個兩相區(qū)，即L+α、L+β、α+β相區(qū)。在三個兩相區(qū)之間有一根水平線MEN，是L+α+β三相并存區(qū)第三十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五共晶反應(yīng)(EutecticReaction)成分位于（E）點的合金，在溫度達(dá)到水平線MEN所對應(yīng)的溫度（tE=183℃）時，將同時結(jié)晶出成分為M點的α相及成分為N點的β相。其轉(zhuǎn)變式為：

tELEαM+βN這種在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出一定成分的兩個固相的轉(zhuǎn)變過程，稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（αM+βN）是由兩個固相組成的機械混合物，稱為共晶組織。水平線MEN稱為共晶線，E點稱為共晶點，

E點所對應(yīng)的溫度稱為共晶溫度，成分對應(yīng)于共晶點的合金稱為共晶合金。成分位于共晶點以左，M點以右的合金稱為亞共晶合金；成分位于共晶點以右，N點以左的合金稱為過共晶合金。凡是成分在MN之間的合金平衡結(jié)晶時都會發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。第三十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、4、2典型合金的平衡結(jié)晶2、4、2、1含錫量<19%的的合金(Ⅰ)（1）1點:Lα隨著溫度的降低,α固溶體的數(shù)量不斷增加,液相的數(shù)量不斷減少,它們的成分分別沿固相線AM和液相線AE變化.（2）到達(dá)2時,結(jié)晶完畢,L全部結(jié)晶成單相α固溶體,其成分與原始液相成分相同.這一過程就是勻晶轉(zhuǎn)變.（3）2-3之間，α固溶體不發(fā)生變化。（4）溫度降到3點以下時，錫在α固溶體中呈現(xiàn)過飽和的狀態(tài)。此時，多余的錫就以β固溶體的形式從α固溶體中析出。α相和β相成分分別沿MF和NG線變化。發(fā)生脫熔過程和二次結(jié)晶。二次結(jié)晶的相稱為次生相或二次相，用βⅡ表示，優(yōu)先從α固溶體的晶界析出，它一般不易長大，比較小。所以，合金Ⅰ室溫平衡組織為（α+βⅡ

）。第三十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五相對含量的計算:成分位于F、M之間的合金，平衡結(jié)晶過程均相似。其顯微組織也是由α+βⅡ

所組成，只是兩相的相對含量不同。兩相的含量可以用杠桿定律求出：WβⅡ=F4/FG*100%Wα=4G/FG*100%第四十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、4、2、2共晶合金的結(jié)晶過程（Ⅲ）（1）當(dāng)溫度降至183℃時，發(fā)生共晶反應(yīng)，這一轉(zhuǎn)變一直在183℃進行，直到液相完全消失。得到的組織為:αM+βN兩個相的混合物，亦即共晶組織。αM、βN的含量可以由杠桿定律求出：wαM=EN/MN*100%=45.4%wβN=ME/MN*100%=54.6%第四十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(2)繼續(xù)冷卻時，共晶組織中的α和β都要發(fā)生溶解度的變化，α相成分沿MF線變化，β相成分沿NG線變化，分別析出次生的αⅡ和βⅡ相。這些次生相與共晶組織中的同類相混合在一起，難以在顯微鏡下分辨。所以共晶組織的二次析出一般可忽略不計。所以共晶合金的室溫平衡組織為共晶組織（α+β）。其組織組成物只有1個，即共晶體，相組成物有兩個，即α相和β相第四十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、4、2、3亞共晶合金的結(jié)晶過程（Ⅱ）：成分位于共晶點E以左、M點以右的合金。以50%的合金為例。（1）1點時，結(jié)晶出α；（2）1-2之間，溫度下降，α不斷增加，α相的成分和液相的成分分別沿AM、AE線變化，屬于勻晶轉(zhuǎn)變。（3）至2點，α相和剩余液相成分分別達(dá)到M、E點，兩相的含量分別為：Wa=E2/ME≈27.8%WL=M2/ME≈72.2%第四十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(4)在2點溫度下，成分為E點的液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：這一轉(zhuǎn)變一直到剩余液相全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織為止。在共晶轉(zhuǎn)變之前的α相稱為初晶或先共晶相。在共晶轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束之后的組織是：先共晶相α和共晶組織（α+β）組成。其中，共晶組織（α+β）的量即為溫度為tE

時的液相的量。（5）2點以下，將從α相（包括先共晶和共晶組織中的α相）中和β中（共晶組織中）分別析出次生的

βⅡ和αⅡ相。而只有從先共晶α相中析出的βⅡ觀察到，共晶組織中析出的βⅡ和αⅡ相一般難以觀察。亞共晶合金的室溫組織為：

α+βⅡ+（α+β）相組成物有兩個，即α相和β相。第四十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第四十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（四）過共晶合金（Ⅳ）：成分位于共晶點E以右、N點以左的合金。過共晶合金的平衡結(jié)晶過程與亞共晶合金基本類似，區(qū)別在于：（1）先共晶相不是α，而是β。（2）過共晶合金的室溫組織為：β+αⅡ+（α+β）

。第五十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五兩組元在液態(tài)無限相互溶解，在固態(tài)相互有限溶解，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的二元合金系相圖。具有包晶轉(zhuǎn)變的二元系合金有Pt-Ag、Sn-Sb、Cu-Sn、Cu-Zn等。以Pt-Ag合金為例分析。(PeritecticReaction)插入圖2-50§2.5包晶相圖第五十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五一、相圖分析：ACB為液相線，APDB為固相線，PE、DF分別是銀溶于鉑中和鉑溶于銀中的溶解度曲線。有三個單相區(qū)，三個兩相區(qū)，一個三相區(qū)。三相區(qū)水平線PDC是包晶轉(zhuǎn)變線，所有成分在PC之間的合金在此溫度都將發(fā)生三相平衡的包晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式為：Lc+apβD包晶轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）：在一定的溫度下，由一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成另一個一定成分的固相的轉(zhuǎn)變過程。與共晶轉(zhuǎn)變一樣，其自由度為0，即三個相的成分不變、溫度恒定。包晶反應(yīng)的特征：反應(yīng)相是一個液相和一個固相，成分位于水平線兩端，所形成的固相位于水平線中間的下方。包晶點、包晶溫度、包晶線。第五十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五二、典型合金的平衡結(jié)晶過程及組織（一）含銀量為42.4%的合金(Ⅰ)(1)至1點,開始從液相中結(jié)晶出α相。繼續(xù)冷卻，α相不斷增加，液相的數(shù)量不斷減少，α相和液相的成分分別沿固相線AP和液相線AC變化。（2）至2點，α相成分到達(dá)P點，液相成分到達(dá)C點。含量通過杠桿定律求出：wL=PD/PC=57.17%Wα=DC/PC=42.83%在此溫度下，液相L和固相α發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。LC+αpβD轉(zhuǎn)變結(jié)束，液相和α相消失，全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣鹿倘荏w。第五十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（3）合金繼續(xù)冷卻，Pt在β相中的溶解度隨溫度的下降而沿DF線不斷減少，將不斷從β固溶體中析出次生相αⅡ。所以，此種合金的室溫組織組成物為：β+αⅡ

相組成物為：β+α解釋為什么叫包晶轉(zhuǎn)變？包晶偏析？第五十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第五十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（二）含銀量為10.5-42.4%的合金(Ⅲ)(1)至1點,開始從液相中結(jié)晶出α相。繼續(xù)冷卻，α相不斷增加，液相的數(shù)量不斷減少，α相和液相的成分分別沿固相線AP和液相線AC變化。(2)至2點，α相成分到達(dá)P點，液相成分到達(dá)C點。含量通過杠桿定律求出：wL=PH/PCWα=HC/PC在此溫度下，液相L和固相α發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。LC+αpβD轉(zhuǎn)變結(jié)束，液相消失，除了新形成的β相外,還剩余有α相.第五十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(3)溫度繼續(xù)下降,由于α相和β相固溶體溶解度的變化,隨著溫度的降低,不斷從β相中析出αⅡ,而從α相中不斷析出βⅡ.所以,該合金的室溫組織組成物為:

α+β+βⅡ+αⅡ相組成物仍然為:

α+β第五十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(三)含銀量為42.4-66.3%的合金(Ⅱ)(1)

至1點,開始從液相中結(jié)晶出α相。繼續(xù)冷卻，α相不斷增加，液相的數(shù)量不斷減少，α相和液相的成分分別沿固相線AP和液相線AC變化。(2)至2點，α相成分到達(dá)P點，液相成分到達(dá)C點。含量通過杠桿定律求出：在此溫度下，液相L和固相α發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。LC+αpβD用杠桿定律可以計算,轉(zhuǎn)變結(jié)束，α相消失，除