《材料科學基礎(chǔ)》之二元相圖及類型

5.2二元相圖及類型相圖：描寫系統(tǒng)狀態(tài)或相變與成份、溫度、壓力關(guān)系圖解。相律：系統(tǒng)組元數(shù)、相數(shù)和自由度之間關(guān)系規(guī)律自由度：平衡相數(shù)目不變，給定系統(tǒng)中可獨立改變、決定體系狀態(tài)原因（溫度、壓力、濃度等）數(shù)目吉布斯相律：f=c-p+2

對于不含氣相凝聚系統(tǒng)，可視為恒壓條件：f=C－P+111/40熱力學平衡條件只反應相數(shù)目，不能反應各平衡相結(jié)構(gòu)、分布和詳細形貌不能預測動力學過程自由度不能為負值22/40成份和固溶度、溫度、相、相變33/40相圖形式：相區(qū)、液相線、固相線NiCuNi%αLL+αL3L2L1

C

α3α2α1二、二元合金相圖基本類型勻晶反應：從液相中直接結(jié)晶出固溶體反應。兩種組元液態(tài)、固態(tài)無限互溶。(Cu-Ni,Ag-Au,Ag-Pt,Fe-Ni,Cu-Au,Cr-Mo，F(xiàn)e2SiO4-Mg2SiO4)1、勻晶相圖44/40液相成份改變∶

C→L1→L2→L3

固相成份改變∶α1→α2→α3→C合金平衡結(jié)晶過程（一定溫度范圍）：L→L+α→α

選分結(jié)晶：合金結(jié)晶過程中，液、固兩相成份不一樣，分別按照液相線和固相線改變，靠原子擴散實現(xiàn)55/40兩相區(qū)液固相對含量符合杠桿定律66/40平衡凝固（結(jié)晶）：結(jié)晶過程，在每一個溫度，兩相成份和相對量都恪守杠桿定理冷卻速度要足夠遲緩，使得液、固相中原子得以充分擴散，先結(jié)晶

相成份也要隨溫度不停改變結(jié)晶結(jié)束時，得到與合金成份相同、均勻、單相、多晶固溶體凝固過程擴散：液相內(nèi)擴散過程

相繼續(xù)長大

相內(nèi)擴散過程77/40不平衡凝固：液態(tài)合金冷卻時，冷卻速度大，成份擴散過程不能充分進行，反應不能按攝影圖溫度和成份平衡改變規(guī)律進行晶內(nèi)偏析：不平衡結(jié)晶固溶體內(nèi)部富含高熔點組元，而后結(jié)晶外部富含低熔點組元，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)成份不均勻現(xiàn)象88/40消除方法：均勻化退火，固相線以下100-200C長時保溫Ni-70wt%Cu鑄造枝晶偏析和擴散退火組織枝晶偏析：晶內(nèi)偏析形成.使材料強度低、塑韌性差、耐蝕性差、高溫時枝晶熔化。99/40有成份極點勻晶相圖1010/40陶瓷體系勻晶轉(zhuǎn)變1111/402、共晶相圖兩組元液態(tài)無限互溶，固態(tài)有限互溶或完全不互溶，恒溫下液體反應生成固相混合物(Pb-Sn,Al-Si,Pb-Bi)。α+βLL+ααβL+β共晶反應(轉(zhuǎn)變):一定溫度（共晶溫度）下，由一定成份（共晶成份）液相中同時結(jié)晶出兩種一定成份固相轉(zhuǎn)變。Pb-Sn共晶合金組織L→(α+β)

→(α+β)+αⅡ+βⅡ1212/40液相線:adb固相線acdeb三個單相區(qū)共晶點溶解度線：cf，eg1313/40L→L+α→α→α+βⅡ（二次脫溶析出）相：α,β組織：α,βⅡ

1414/40共晶合金:LL+(αc+βe)αc+βeαf+βII+βg+αII

室溫下:相組成物α,β組織組成物:（α+β）共晶體（α+β）%=100%1515/40L→L+α→(αc+βe)+α初生→(α+β)+α

+βⅡ亞共晶合金室溫下：相組成物α，β室溫組織：α初生+βII+（α+β）1616/40Pb-Sn亞共晶合金Pb-Sn過共晶合金α初生+βII+（α+β）

β初生+αII+（α+β）

1717/40組織標注相圖1818/40共晶組織形態(tài)1919/40共晶組織形態(tài)2020/40偽共晶:在不平衡條件下，由共晶點附近非共晶成份所得到全部共晶組織稱為偽共晶。通常將形成全部共晶組織成份和溫度范圍稱為“偽共晶區(qū)”或“配對區(qū)”或“共生區(qū)”。不平衡共晶：不平衡條件下，固相線下移，共晶溫度下仍有少許液相，之后發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成。離異共晶：合金先共晶相數(shù)量很多，共晶數(shù)量極少是形成被分離開來共晶組成。2121/403、共析相圖共析合金:

γ→(α+β)

→(α+β)+αⅡ+βⅡ共析反應（轉(zhuǎn)變）:一定溫度（共析溫度）下，由一定成份（共析成份）固相中同時析出兩種一定成份固相轉(zhuǎn)變。

Fe-C合金共析組織α+βγγ+ααβγ+β2222/404、包晶相圖2323/40b+aII

+aII

+

+

II＋

II2424/405、其它相圖偏晶相圖L1

L2+S

2525/40合晶相圖L1+L2

S2626/40熔晶相圖S1

L

+S2

2727/40包析相圖

+

a2828/402929/406.形成化合物二元相圖形成穩(wěn)定化合物二元相圖：穩(wěn)定化合物指含有一定熔點，在熔點以下，保持自己固有結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解，當溫度到達熔點時，化合物發(fā)生熔解，熔解時所生成熔體與化合物成份完全一致。3030/403131/403232/40形成不穩(wěn)定化合物相圖:不穩(wěn)定化合物加熱至一定溫度時，不是發(fā)生本身熔化，而是分解為兩個相，所生成液相與原化合物顯然不一樣。3333/40非金屬材料相圖3434/403535/40二元相圖一些幾何規(guī)律（1）相鄰相區(qū)之間相數(shù)差為1，點接觸除外。兩個單相區(qū)之間必有一個雙相區(qū)。三相水平線只能與兩相區(qū)相鄰，而不能與單相區(qū)有線接觸。兩個單相區(qū)只能交于一點。（2）兩相區(qū)與單相區(qū)分界限與水平線相交，其延長線進入兩相區(qū)，而不會進入單相區(qū)。（3）全部水平線都代表了三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變，水平線與參加平衡反應三個相區(qū)為點接觸，接觸點分別代表了三個相成份。轉(zhuǎn)變類型可由三個相位置和性質(zhì)確定。3636/40三、合金性能與相圖關(guān)系使用性能3737/40力學性能：溶質(zhì)元素→晶格畸變大→強度、硬度↑，（50%↑最大）

固溶強化、相界強化作用。物理性能：對導電、導熱率影響。兩相機械混合合金，其性能是兩相性能平均值,，即性能與成份呈線性關(guān)系。各相分散度對組織敏感性能有較大影響。固溶體性能隨合金成份呈曲線改變。形成穩(wěn)定化合物（中間相）時，其性能在曲線上出現(xiàn)奇點。3838/40工藝性能鑄造性能：結(jié)晶溫度、流動性、收縮性、偏析。塑性加工性：變形抗力大小、塑性好壞。可否熱處理性：是否存在相變，是否存在溶解度隨溫度改變。3939/40共晶合金熔點低，是恒溫轉(zhuǎn)變，熔液