金屬與合金的相圖的表達(dá)意義

金屬與合金的相圖的表達(dá)意義6/23/20232金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖

在實(shí)際工業(yè)中，廣泛使用的不是單組元材料，而是由二元及以上組元組成的多元系合金材料。多組元的加入，使材料的凝固過程和凝固產(chǎn)物趨于復(fù)雜，這為材料性能的多變性及其選擇提供了契機(jī)。在多元系中，二元系是最基本的，也是目前研究最充分的體系。相圖：表明合金系中各種合金相的平衡條件和相與相之間關(guān)系的一種簡明示圖，也稱為平衡圖或狀態(tài)圖(EquiliumDiagram)，就是將不同的溫度以及在該溫度下對應(yīng)的穩(wěn)定相，連同它的成分范圍，匯集到一起構(gòu)成的多元素信息，來表示合金系中的合金狀態(tài)與溫度、成分之間的關(guān)系。6/23/20233金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖平衡——在一定條件下合金系中參與相變過程的各相的成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化所達(dá)到一種狀態(tài)。此時(shí)合金系的狀態(tài)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而改變。合金在極其緩慢冷卻條件下的結(jié)晶過程，一般可以認(rèn)為是平衡的結(jié)晶過程。相圖是分析合金相組成及其轉(zhuǎn)變的有效工具。利用相圖可以知道各種成分的合金在不同溫度下存在哪些相、各個(gè)相的成分及其相對量。掌握相圖的分析和使用方法，有助于了解合金組織狀態(tài)和預(yù)測合金性能，可以作為熔煉、鑄造、鍛造及熱處理的重要依據(jù)。也是分析合金組織的重要參考資料。6/23/20234金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖§2.1二元合金相圖目前已測定出許多二元合金系的成分與其熔點(diǎn)和固態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系曲線，并分析了不同成分的合金在不同溫度下的組織狀態(tài)。二元合金相圖就是以這些試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)而建立起來的?！?.1.1二元合金相圖的建立和表示方法§2.1.1.1二元相圖的表示方法常壓下二元合金的相狀態(tài)決定于溫度和成分。因此二元合金相圖可用溫度－成分坐標(biāo)系的平面圖來表示。

如果合金由A和B兩個(gè)組元組成，橫軸的一端表示純組元A，另一端表示純組元B，則任何一個(gè)合金的成分都可以在橫軸上找到相應(yīng)的一點(diǎn)。6/23/20235金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖

合金成分的表示方法有兩種：一種是質(zhì)量分?jǐn)?shù)，另一種是摩爾分?jǐn)?shù)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)之間的換算關(guān)系：例如：A組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為WA，摩爾分?jǐn)?shù)為xA，相對原子量為m

；B組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為WB，摩爾分?jǐn)?shù)為xB，相對原子量為

n，則：6/23/20236金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖

在由溫度軸和成分軸構(gòu)成的坐標(biāo)平面中的任意一點(diǎn)叫做“表象點(diǎn)”。二元合金相圖可以看成是由許多表象點(diǎn)構(gòu)成的。一個(gè)表象點(diǎn)的坐標(biāo)值就反映了一個(gè)給定合金的成分和溫度。在相圖中，根據(jù)表象點(diǎn)所在的區(qū)域，可確定這個(gè)合金在這個(gè)溫度下含有哪些相。由相圖還可確定給定合金的相變溫度。

方法是：對應(yīng)給定合金的成分值作垂直成分軸的垂線，垂線與相圖中各條曲線有交點(diǎn)，這些交點(diǎn)的溫度坐標(biāo)值便是給定合金相應(yīng)的相變溫度。6/23/20237金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖6/23/20238金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖

二元相圖是根據(jù)各種成分材料的臨界點(diǎn)繪制的，臨界點(diǎn)表示物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生本質(zhì)變化的相變點(diǎn)。測定材料臨界點(diǎn)有動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法兩種方法，動(dòng)態(tài)法有熱分析、膨脹法、電阻法等；靜態(tài)法有金相法、X射線結(jié)構(gòu)分析等，常用的方法是熱分析法。相圖的精確測定必須由多種方法配合使用完成。6/23/20239金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖測定過程：①配制不同成分的合金→②測定各合金的冷卻曲線→③找出各合金冷卻曲線的臨界點(diǎn)（結(jié)晶開始和結(jié)晶終了溫度）位置→④把各點(diǎn)標(biāo)入溫度-成分坐標(biāo)圖里→⑤連接相同屬性的點(diǎn)，劃分出相區(qū)，標(biāo)出各相區(qū)存在的相。Cu-Ni

合金相圖熱分析法測定6/23/202310金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖§2.1.2相律和杠桿定律§2.1.2.1相律及應(yīng)用相律：熱力學(xué)平衡條件下，系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關(guān)系。表達(dá)式：f=c-p+2（f–自由度數(shù)；c-組元數(shù)；p-相數(shù)）。通常情況下，壓力對液固相間的影響不大，所以，凝聚態(tài)系統(tǒng)下可以不考慮壓力的影響，即壓力一定時(shí)：f=c-p+1。應(yīng)用可確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)。如單元系2個(gè)，二元系3個(gè)?？梢越忉尲兘饘倥c二元合金的結(jié)晶差別。純金屬結(jié)晶恒溫進(jìn)行，二元合金變溫進(jìn)行。6/23/202311金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖§2杠桿定律杠桿定律—平衡狀態(tài)兩相的成分及相對含量的計(jì)算工具。在合金的結(jié)晶過程中，合金各相的成分及其相對含量都在不斷地發(fā)生變化，其中杠桿定律是確定任一溫度下平衡狀態(tài)的兩相的成分和相對含量的有力工具。計(jì)算過程主要含兩個(gè)步驟：確定平衡相的成分；（即液、固相線上的成分點(diǎn)）確定平衡相的相對含量：直接測量計(jì)算或投影到成分軸測量計(jì)算。6/23/202312金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+12acba1b1c1T1T2杠桿定律：在兩相區(qū)內(nèi)，對應(yīng)每一確定的溫度T1，兩相質(zhì)量的比值是確定的。即：QL/Q=b1c1/a1b1杠桿定律推論：在兩相區(qū)內(nèi)，對應(yīng)溫度T1時(shí)兩相在合金b中的相對質(zhì)量各為：

QL/QH=b1c1/a1c1Q/QH=a1b1/a1c1 =1-QL/QH06/23/202313金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖杠桿定律的證明6/23/202314金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖證明：設(shè)合金的質(zhì)量為Q合金，其中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%，在T1溫度時(shí)，L相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%，α相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c%。則：Q（Ni）＝L（Ni）+α（Ni）即：Q合金

×b%＝QL

×a%＋Qα×c%∵Q合金＝QL＋Qα

∴（QL＋Qα)×b=QL×

a＋Qα×c∴QL/Qα=(c－b)/(b－a)∴QL/Qα=bc/ab或QL×ab=Qα×bc6/23/202315金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖杠桿定律的運(yùn)用由杠桿定律可算出合金中液相和固相在合金中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（即相對質(zhì)量）分別為：

QL/Q合金=W(L)=bc/ac

Qα/Q合金=W(α)=ab/ac運(yùn)用杠桿定律的注意事項(xiàng)只適用于相圖中的兩相區(qū)，并且只能在平衡狀態(tài)下使用。杠桿的兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩相的成分點(diǎn)，而支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)。6/23/202316金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖§2.1.3二元合金相圖的基本類型§2.1.3.1勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶勻晶相圖---發(fā)生勻晶反應(yīng)的合金的相圖勻晶轉(zhuǎn)變——合金的結(jié)晶都是從液相結(jié)晶出單相的固溶體，這種結(jié)晶過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。表達(dá)式：L

α一、概念及相圖分析兩組元不但在液態(tài)無限互溶，而且在固態(tài)也無限互溶的二元合金系所形成的相圖。具有典型勻晶相圖的合金系有：

Cu-Ni系、Ag-Au系、Fe-Cr系、Cr-Mo系等6/23/202317金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖銅-鎳合金勻晶相圖CuNiNi%T，C2040608010010001100120013001400150010831455LL+純銅熔點(diǎn)純鎳熔點(diǎn)液相線固相線液相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)6/23/202318金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖二、勻晶合金的結(jié)晶過程—?jiǎng)蚓Ш辖鹋c純金屬不同，它沒有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。abcdTCtLLL勻晶轉(zhuǎn)變L

冷卻曲線CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+6/23/202319金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+12acba1b1c1T1T2杠桿定律：在兩相區(qū)內(nèi)，對應(yīng)每一確定的溫度T1，兩相質(zhì)量的比值是確定的。即：QL/Q=b1c1/a1b1杠桿定律推論：在兩相區(qū)內(nèi)，對應(yīng)溫度T1時(shí)兩相在合金b中的相對質(zhì)量各為：

QL/QH=b1c1/a1c1Q/QH=a1b1/a1c1 =1-QL/QH0三、相對量的計(jì)算及杠桿定律的運(yùn)用6/23/202320金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖舉例：求30%Ni合金在1280C時(shí)相的相對量。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+ac30a1b1c11280C解：作成分線和溫度線如圖。6618根據(jù)杠桿定律推論，Q/

QH

=a1b1/a1c1=12/48=1/4(25%)答：所求合金在1280時(shí)相的相對質(zhì)量為25%6/23/202321金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖四、勻晶結(jié)晶特點(diǎn)形核與長大：與純金屬一樣,α固溶體從液相中結(jié)晶出來的過程中，也包括有形核與長大兩個(gè)過程，但固溶體更趨于呈樹枝狀長大。變溫結(jié)晶：固溶體結(jié)晶在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，即為一個(gè)變溫結(jié)晶過程。兩相的成分確定：在兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時(shí)兩相的成分是確定的。6/23/202322金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖兩相的質(zhì)量比一定

在兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時(shí)，兩相的質(zhì)量比是一定的，如在T1溫度時(shí)，兩相的質(zhì)量比可用下式表達(dá)：

或

上式稱之為杠桿定律，它只適用于相圖中的兩相區(qū)，并且只能在平衡狀態(tài)下使用。杠桿端點(diǎn)：為給定溫度時(shí)兩相的成分點(diǎn)。杠桿支點(diǎn)：為合金的成分點(diǎn)。6/23/202323金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖容易產(chǎn)生枝晶偏析----不平衡結(jié)晶過程

由于固溶體結(jié)晶時(shí)成分是變化的，緩慢冷卻時(shí)原子的擴(kuò)散能充分進(jìn)行，最終形成成分均勻的固溶體。如果冷卻較快，原子擴(kuò)散不能充分進(jìn)行，則形成成分不均勻的固溶體。先結(jié)晶的樹枝晶晶枝含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的樹枝晶晶枝含低熔點(diǎn)組元較多。結(jié)果造成在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分分布不均，這種現(xiàn)象稱為枝晶偏析。6/23/202324金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖固溶體的不平衡結(jié)晶過程造成晶內(nèi)偏析或枝晶偏析：

枝晶偏析對材料機(jī)械性能、抗腐蝕性能、工藝性能都不利。生產(chǎn)上為了消除其影響，常把合金加熱到高溫(低于固相線100℃左右)，進(jìn)行長時(shí)間保溫，使原子充分?jǐn)U散，獲得成分均勻的固溶體，這種處理稱為擴(kuò)散退火（均勻化退火）。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+Cu-Ni合金枝晶偏析示意圖2023/6/2325材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件§2.1.3.2共晶相圖及其結(jié)晶過程一、概念及相圖分析二元共晶相圖—兩組元在液態(tài)相互無限互溶，在固態(tài)相互有限互溶，并通過共晶轉(zhuǎn)變形成共晶組織的二元合金系所形成的相圖。共晶轉(zhuǎn)變（EutecticReaction）—一定成分的液態(tài)合金，在一定的溫度下，同時(shí)結(jié)晶出兩種成分一定的固相的轉(zhuǎn)變。共晶體—共晶反應(yīng)形成的機(jī)械混合物。共晶反應(yīng)式—L

α+β金屬材料中Al-Si，Al-Sn，Pb-Bi，Pb-Sn，Ag-Cu等合金系以及Fe-C合金，陶瓷材料Mg-CaO系中都具有此類相圖.第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2326材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件相圖分析：以Pb-Sn合金為例PbSnSn%T,C鉛-錫二元合金共晶相圖液相線L固相線+L+L+固溶線固溶線第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2327材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件共晶轉(zhuǎn)變分析PbSnT,CL+L+L+共晶反應(yīng)線表示從c點(diǎn)到e點(diǎn)范圍的合金，在該溫度上都要發(fā)生不同程度上的共晶反應(yīng)。ce共晶點(diǎn)表示d點(diǎn)成分的合金冷卻到此溫度發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。dLd

c

+

e第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2328材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件Pb-Sn合金相圖第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2329材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件共晶相圖分析總結(jié)（Pb-Sn合金相圖）三個(gè)單相區(qū)：L、α、β三個(gè)兩相區(qū)：L+α、L+β、α+βadb－液相線acdeb－固相線cde－L+α+β的三相共存線，共晶反應(yīng)線d點(diǎn)－共晶點(diǎn)，表示此點(diǎn)成分(共晶成分)的合金冷卻到此點(diǎn)所對應(yīng)的溫度(共晶溫度)時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出c點(diǎn)成分的α相和e點(diǎn)成分的β相。共晶反應(yīng)時(shí)，三相共存，各相成分確定，反應(yīng)在恒溫下平衡地進(jìn)行。第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2330材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件cf線－Sn在Pb中的溶解度曲線(或α相的固溶線)。溫度降低，固溶體的溶解度下降。Sn含量大于f點(diǎn)的合金從高溫冷卻到室溫時(shí)，從α相中析出β相以降低α相中Sn含量，寫作βII。這種二次結(jié)晶可表達(dá)為：α→βII。

eg線－Pb在Sn中溶解度曲線(或β相的固溶線)。Sn含量小g點(diǎn)的合金，冷卻過程中同樣發(fā)生二次結(jié)晶，析出二次α以降低β相中Pb的含量，寫作αII

。這種二次結(jié)晶可表達(dá)為：β→αII。第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2331材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件共晶反應(yīng)要點(diǎn)共晶轉(zhuǎn)變在恒溫下進(jìn)行；轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種液相中結(jié)晶出兩個(gè)不同的固相；存在一個(gè)確定的共晶點(diǎn)，在該點(diǎn)凝固溫度最低；成分在共晶線范圍的合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。PbSnT,CL+

L

+L+183ced第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2332材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件二、結(jié)晶過程固溶體合金結(jié)晶過程（合金Ⅰ）共晶合金結(jié)晶過程（合金Ⅱ）亞共晶合金結(jié)晶過程（合金Ⅲ）過共晶合金結(jié)晶過程（合金Ⅳ）第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2333材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件X1合金（固溶體合金）結(jié)晶過程分析cefgX1T,CtLLL+冷卻曲線+

Ⅱ1234{PbSnT,CL+L+L+183edⅡL第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2334材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件X1合金結(jié)晶特點(diǎn)：T,CtLLLL+冷卻曲線+

Ⅱ

Ⅱ沒有共晶反應(yīng)過程，而是經(jīng)過勻晶反應(yīng)形成單相固相。要經(jīng)過脫溶反應(yīng)，室溫組織組成物為：+Ⅱ什么叫組織組成物？組織組成物是由一定的相構(gòu)成的，具有一定形成機(jī)制、一定形態(tài)特征的組成部分。

第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2335材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件室溫組織：α+βII

室溫組成相：α相和β相提問：如何計(jì)算組織組成物和組成相的相對含量？有何注意事項(xiàng)？w(α)=x1g/fg×100%w(βII)=fx1/fg×100%or：w(βII)=1－w(α)組織組成物可以是單相，或是兩相混合物。這里，室溫組織組成物α和βII皆為單相，所以它的組織組成物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等.第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2336材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件

X2合金（共晶合金）結(jié)晶過程分析X2T,CtL(+)L(+)LL(+)共晶體冷卻曲線(+)PbSnT,CL+L

+L

+183cedPbSnT,CL+L

+L

+183cedPbSnT,CL+L

+L

+183cedPbSnT,CL+L

+L

+183cedPbSnT,CL+L+L+183ced第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2337材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件室溫組織:

共晶體（α+β）＋αⅡ＋

βⅡ注意：二次相，在實(shí)際組織中確實(shí)存在，但在顯微組織中幾乎分辨不出，因?yàn)樗鼈兓旌嫌诠簿ЫM織中，故室溫組織可寫為（α+β）。室溫組成相：α相和β相w(α)=x2g/fg×100%w(β)=fx2/fg×100%or：w(β)=1－w(α)第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2338材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件X3合金（亞共晶合金）結(jié)晶過程分析X3T,CtLL+(+)++

Ⅱ12(+)+PbSnT,CL

+

L

+L

+183cedL+(+)+冷卻曲線第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2339材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2340材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件室溫組織：α+βⅡ＋

（α＋β）

w(α＋β)=2c/cd×100%w(α)=(c’g/fg)×(2d/cd)×100%w(βⅡ)=(fc’/fg)×(2d/cd)×100%室溫組成相：α相和β相w(α)=x3g/fg×100%

w(β)=fx3/fg×100%or：w(β)=1－w(α)

所有亞共晶合金的結(jié)晶過程與合金Ⅲ相同,僅組織組成物和組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，成分越靠近共晶點(diǎn)，合金中共晶體的含量越多。第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2341材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件X4合金（過共晶合金）結(jié)晶過程分析X4T,CtLL+(+)++

Ⅱ12(+)+PbSnT,CL

+

L+L+183cedL+(+)+冷卻曲線第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2342材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義2023/6/2343材料科學(xué)與工程學(xué)院多媒體課件室溫組織：β+αⅡ+（α＋β）

w(α＋β)=2e/de×100%w(β)=(fe’/fg)×(d2/de)×100%w(αⅡ)=(e’g/fg)×(d2/de)×100%室溫組成相：α相和β相

w(α)=x4g/fg×100%

w(β)=fx4/fg×100%or：w(β)=

1-w(α)

所有過共晶合金的結(jié)晶過程與合金IV相同,僅組織組成物和組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，成分越靠近共晶點(diǎn)，合金中共晶體的含量越多。第2章金屬及合金的相圖金屬與合金的相圖的表達(dá)意義6/23/202344金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖亞共晶合金和過共晶合金的顯微組織圖亞共晶合金組織過共晶合金組織練習(xí)：畫出過共晶合金（合金Ⅳ）的結(jié)晶過程示意圖，分析其結(jié)晶過程；寫出室溫組成物和室溫組成相，分別計(jì)算他們的相對含量。6/23/202345金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖§2.1.3.3包晶相圖及其結(jié)晶過程包晶相圖：發(fā)生包晶反應(yīng)的合金的相圖。包晶轉(zhuǎn)變：一定成分的液相與一定成分的固相在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)，形成一種新固相的過程。表達(dá)式：α＋L

β一、概念及相圖分析

兩組元液態(tài)完全互溶，固態(tài)形成有限互溶，并具有包晶轉(zhuǎn)變的相圖。金屬材料中Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb合金具有包晶相圖。

恒溫6/23/202346金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖包晶轉(zhuǎn)變：Ld+cePtAgAg%T,C鉑-銀合金包晶相圖L+L+L+cedfgT,CtLL+L+

+Ⅱ6/23/202347金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖§2.1.3.3包晶相圖及其結(jié)晶過程Pt—Ag合金相圖6/23/202348金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖包晶相圖分析小結(jié)（Pt-Ag合金相圖）三個(gè)單相區(qū)：L、α、β三個(gè)雙相區(qū)：L+α、L+β、α+βe點(diǎn)－包晶點(diǎn)，表示此點(diǎn)成分(包晶成分)的合金冷卻到此點(diǎn)所對應(yīng)的溫度(包晶溫度)時(shí)，發(fā)生包晶反應(yīng)。adb－液相線aceb－固相線ced－L、α、β三相共存，包晶反應(yīng)線6/23/202349金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖cf線－Ag在Pt中的溶解度線(或α相的固溶線)。溫度降低，α固溶體的溶解度下降。Ag含量大于f點(diǎn)的合金從高溫冷卻到室溫時(shí)，從α相中析出富銀的βII相以降低α相中Ag含量：

α→βII。eg線－Pt在Ag中溶解度線(或β相的固溶線)。Ag含量小g點(diǎn)的合金，冷卻過程中同樣發(fā)生二次結(jié)晶，析出富Pt的αII相：

β→αII。6/23/202350金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖二、結(jié)晶過程（以合金Ⅰ為例）6/23/202351金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖室溫組織

β＋αⅡ室溫組成相：α相和β相

w(α)=x1g/fg×100%

w(β)=fx1/fg×100%or：w(β)=1－w(α)

室溫組織組成物都為單相，故它們的相對質(zhì)量與組成相的相對質(zhì)量相同。6/23/202352金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖練習(xí)：分析Ⅱ、Ⅲ合金的結(jié)晶過程6/23/202353金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖三、包晶偏析包晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物β相包圍著初生相α，使液相與α相隔開，液相和α相中原子之間的相互擴(kuò)散必須通過β相，這就導(dǎo)致了包晶轉(zhuǎn)變的速度往往是極緩慢的。實(shí)際生產(chǎn)中的冷速較快，包晶反應(yīng)所依賴的固體中的原子擴(kuò)散往往不能充分進(jìn)行，導(dǎo)致生成的β固溶體中發(fā)生較大的偏析，稱之為包晶偏析，通過擴(kuò)散退火消除。6/23/202354金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖§2.1.3.4其它類型的二元合金相圖一、共析相圖

共析相圖：兩組元在液態(tài)相互無限互溶，在固態(tài)相互有限溶解，并發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的二元合金系所形成的相圖。共析轉(zhuǎn)變：一定成分的固相，在一定溫度下分解為另外兩個(gè)一定成分的固相（共析體）的轉(zhuǎn)變過程。表達(dá)式：γα＋β三相共存，各相成分確定，溫度恒定。共析轉(zhuǎn)變在Fe-Fe3C相圖中非常重要，其詳細(xì)應(yīng)用見第四章。恒溫6/23/202355金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖AB共析轉(zhuǎn)變：(+)

共析體T,C

+

+

+cedL

+L6/23/202356金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖

共析相圖中各種成分合金的結(jié)晶過程的分析與共晶相圖相似，但因共析反應(yīng)是在固態(tài)下進(jìn)行的，所以共析產(chǎn)物比共晶產(chǎn)物要細(xì)密得多。為什么？

6/23/202357金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖二、具有化合物的二元相圖在某些二元系中，可形成一個(gè)或幾個(gè)化合物，由于它們位于相圖中間，故又稱中間相；中間的兩邊一般為金屬，又稱為金屬間化合物。根據(jù)化合物的穩(wěn)定性可分為穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物。穩(wěn)定化合物：有確定的熔點(diǎn)，可熔化成與固態(tài)相同成分液體的那類化合物。在分析含有穩(wěn)定化合物的相圖時(shí)，可把穩(wěn)定化合物看成為一個(gè)獨(dú)立的組元，并將整個(gè)相圖分割成幾個(gè)簡單相圖。如下面的Mg-Si相圖可分為Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si兩個(gè)相圖來進(jìn)行分析。6/23/202358金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖Mg-Si合金相圖6/23/202359金屬與合金的相圖的表達(dá)意義第2章金屬及合金的相圖三、復(fù)雜二元相圖的分析方法先看相圖中是否存在穩(wěn)定化合物，如有，則以這些化合物為界，把相圖分成幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行分析。根據(jù)相區(qū)接觸法則，兩個(gè)單相區(qū)夾一個(gè)雙相區(qū)，區(qū)別和標(biāo)定各相區(qū)。找出三相共存水平線，分析這些恒溫轉(zhuǎn)變