第3章-二元合金的相结构与结晶分析.ppt

§3-8 二元相图的分析与使用 一、二元相图的一些几何规律 1、相区接触法则：两个单相区之间，必定有一个由这两个相所组成的两相区隔开，二不能以一条线分界。两个两相区必须以单相区或三相区（水平线）隔开。 2、二元相图的三相平衡区必定是一条等温水平线。 二、二元相图的分析方法 1、一般分析法 （1）确定两组元是否有多晶型转变，是否存在稳定化合物。 （2）认定各单相区及其中的相。 （3）找出三相共存的等温水平线。 （4）合金处于单相区时，合金成分即为该相成分。 2、复杂二元相图的分析 铁碳合金相图再详细分析。 3、相图应用的条件性 （1）主要研究组成相的平衡状态与变化规律，不能提供相的具体形态、大小与分布等组织概念。 （2）相图是平衡状态图，与实际结晶有差异。 （3）相图的误差。 （4）相图往往只利用其中有价值的部分。 三、根据相图推测合金的性能 （一）根据相图判断合金的力学、物理性能 （二）根据相图判断合金的铸造性能 * * * 第三节 二元合金相图的建立 相图：相图又称为状态图，它是表示体系的成分、外界环境和组成相与相之间的平衡关系的几何图形。 它是研究材料组织变化规律的重要参考工具。 外界环境主要是温度和压力 相图就是表示物质的状态和温度、压力、成分之间的关系的简明图解。表示在热力学平衡条件下，各种成分的物质在不同温度、压力下的相组成、各种相的成分、相的相对量。 二元相图：当存在两个组元时，成分也是变量，但一种组元的含量为独立，另一组元则为余下部分。为在二维平面上表示，通常只考虑在常压下，取两个变量温度和成分。横坐标用线段表示成分，纵坐标表示温度。平面上以按这时平衡状态下存在的相来分隔。(如图) 相图用途： 由材料的成分和温度预知平衡相； 材料的成分一定而温度发生变化时其他平衡相变化的规律； 估算平衡相的数量。 预测材料的组织和性能 相图的基本知识 二元相图的表示方法（板书） 二元相图的测定 相律 与杠杆定律 相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平衡相数之间的关系式。 f = c – p + 2 f为系统的自由度数； c为组元数; P为平衡相数。 杠杆定理（板书）（适用两相区） 二元相图的基本类型 匀晶相图：两组元在液固状态下都无限互溶 1.相图分析 由液相结晶出单相固溶体的过程被称为匀晶转变。 在液态和固态均无限互溶的相图。如Cu-Ni、Au-Ag、Au-Pt、W-Mo等。 相图分析（以Cu-Ni为例）： 点：纯Cu熔点、纯Ni熔点 线：液相线、固相线 相区：单相区L、α，两相区L+α 2.固溶体合金的平衡结晶过程 平衡结晶是指结晶过程中每个阶段都能达到平衡，因此平衡结晶是在极其缓慢的冷速下实现 1、平衡结晶过程 任一合金在液相线以上时，保持单一液态，冷却到液相线时，开始结晶出固相α，保持L+α两相平衡直至冷却到固相线温度为止。 室温组织为单相α固溶体。 2、匀晶转变的形核与生长 主要依靠结构起伏和能量起伏形核，但由于开始析出相α与原合金成分不同，因而新相形核还必须借助液态合金中组元原子分布的微观不均匀性提供的浓度起伏。 α相长大过程中，固相成分和剩余液相成分在不断的变化，其变化规律是：液相成分始终沿液相线变化，而固相成分始终沿固相线变化。 平衡结晶过程如下： 固溶体晶核形成，造成液固界面的浓度梯度，进行扩散，固液界面不平衡，晶体长大 3．固溶体合金的不平衡结晶 在实际冷却过程中，结晶常常在几分钟甚至数小时内完成，固溶体成分来不及扩散至均匀。这种结晶过程被称为不平衡结晶。 不平衡结晶的组织，合金内部成分不均匀的现象被称为“偏析”。而晶粒内部成分不均匀的现象被称为“晶内偏析”．树枝晶内的偏析被称为“枝晶偏析”。 实际生产条件下，液态合金的结晶是在较快的冷却速度下进行的，组元原子得不到充分扩散，称为非平衡结晶，所得组织称为非平衡组织。 非平衡结晶时，存在显微组织的化学成分不均匀性问题， 先结晶的部分含高熔点组元较多，后结晶的部分含低熔点组元较多，这种现象称为晶内偏析 。 当固溶体以树枝状方式结晶时，这种偏析也称枝晶偏析。 枝晶偏析的程度取决于结晶时的冷却速度、偏析元素的扩散能力以及相图中液-固线的距离等因素。 严重的枝晶偏析将恶化合金的性能，生产上常把有枝晶偏析的合金加热到固相线以下100~200℃进行长时间保温，使原子充分扩散，实现成分均匀化，这种处理方法成为均匀化退火或扩散退火 5．成分过冷