第二节 二元匀晶相图课件.ppt

§ 2-2 二元匀晶相图 一、二元合金相图的建立（以Pb-Sb二元合金为例） 二、二元匀晶相图分析与质量分数计算 （2）垂线：给定合金的成分，做垂线，可知相变温度，可分析平衡结晶过程。 （3）水平线：给定合金的成分，可计算不同温度下，此成分的合金所形成不同的相的相对含量，即各相的质量分数计算。 这种方法可推广到固相和固液混合相 三、非平衡结晶与晶内成分偏析 非平衡结晶 * 相 图 进行材料研究，金相分析，制定热、铸、锻、焊等热加工工艺规范的重要依据和有效工具。 了解合金系中不同成分和温度下的相的种类、相的成分及相的相对含量。 了解合金在加热和冷却过程中的转变并预测其性能的变化规律。 即表示在平衡条件下合金组织与成分、温度之间关系的图形。合金相图又称合金平衡图或合金状态图 了解 由 相 图 可 作用 相 图 的 无限缓冷下测各合金的冷却曲线 标注在温度—成分坐标中 连接各相变点 1. 建立相图的思路： 合金相变时，伴随物理、化学性能的变化，可利用 热分析法（或者热膨胀法、磁性测定法、金相法、电阻 法和X射线结构分析法等）精确测定相变临界点（即临界 温度），确定不同相存在的温度和成分区间，建立相图。 2. 具体步骤： 选组元，配合 金系，熔化 确定各合金的相变温度 确定相 Pb-Sb二元合金相图的建立 Cu-Ni合金相图的建立 L ? 如：0%Cu、20%Cu、40%Cu、60%Cu、80%Cu、100%Cu六组合金。 （L+ ?） 二元匀晶相图：指两组元在液态和固态均无限互溶时的二元合金相图。 匀晶转变：在一定温度范围内由液相结晶出单相的固溶体的结晶过程。 具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。 1、相图分析 L ? ?+ L 两线：液相线、固相线 三区：液相、液相+固相、固相 2、相图的应用 （1）表象点：给定一 点A，根据相图可知， a成分、b温度、c状态。 ?A L ? ?+ L 1 2 时间 温度 L ? L ? 平衡结晶过程分析 t1 t2 引例：100ml的10%的NaCl水溶液和100ml的30%的NaCl水溶液混合后浓度是多少？ 100×10%+100×30%=C×200 C=20% 反过来考虑：把20%的NaCl水溶液分成浓度分别为10%和 30%的两份，那么两份的体积分数是多少？ V1×10%+V2×30%=20%×(V1+V2) L ? ?+ L Cb Ca a b ? C C 如图：成分为C的Ni-Cu合金，缓冷到t℃时,根据相图分析：（Ⅰ）此状态下存在哪几相？（Ⅱ）各相的成分如何？（Ⅲ）各相的数量（绝对数量与相对数量）？ （Ⅱ）做水平线，与固相线和液相线分别交于a、b点。 剩余液相总处于即将结晶的状态，即t℃的液相线上的点的成分，即b点成分Cb ，而刚结晶出来的固相即t℃的固相线上的a点的成分Ca。 （Ⅰ）由相图可知，C点存在L+α两相区 （ Ⅲ ）利用引例的思路，问题转化为： 浓度为C的合金，分成浓度为Ca 、 Cb两份，所以有: Ma×Ca+ Mb×Cb=C×(Ma+ Mb) 即 Ma ×（C- Ca）=Mb× (Cb- C) 由此可知，两相的相对含量为： Ma/Mb =(Cb-C)/（C-Ca） 若M=Ma+ Mb为已知量，那么， 两相的绝对含量为： Ma=(Cb-C)（Ma+Mb）/（Cb-Ca） Mb=(C-Ca)（Ma+Mb）/（Cb-Ca） L ? ?+ L Cb Ca a b C ? c Ca C Cb ? Ma Mb Ca C Cb ? Ma Mb 总结：由质量分数的计算式 Ma ×（C- Ca）=Mb× (Cb- C) 并结合相图，可知，此式类似与杠杆定律的应用，所以这种方法又称杠杆定律。 注意： 使用条件：只适合平衡结晶的两相区 解决问题： （1）确定二平衡相的成分 （2）确定二平衡相的数量 平衡结晶：在结晶过程中，原子的扩散在固相、液相及固液相之间非常充分，能跟得上相变的速度，最终形成成分均匀的固溶体。 L ? ?+ L t1 t2 t3 t1 t3 t2 非平衡结晶：合金结晶较快，原子的扩散来不及充分进行，结果使先结晶出来的固溶体和后结晶的固溶体成分不均匀。 晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象。 后结晶出来的，含A元素少 先结晶出来的，含A元素多 富Ni 富Cu Cu-Ni合金晶内偏析的组织 *