工程材料与机械制造基础2课件.ppt

§2.5.2 固态合金的相结构 三、相图与合金性能的关系 小结 本章小结 cf线为Sn在Pb中的溶解度线（或α相的固溶线），dg线为Pb在Sn中的溶解度线（或β相的固溶线），分别表示α固溶体与β固溶体的溶解度变化规律。 由于溶解度的减小，α固溶体中将析出β相，成为二次β固溶体，用βⅡ表示；β固溶体中将析出α相，称为二次α固溶体，用αⅡ表示。 e d g 在共晶温度时，α与β的溶解度最大，分别为c点和d点成分，然后随温度下降而逐渐减小，到达室温时，溶解度分别减小为f点和g点成分。 2）特性线 aeb为液相线，也是结晶开始线； acedb为固相线，也是结晶终了线； P19 三个单相区： aeb以上的液相区L；acf线左边的单相α固溶体相区，bdg线右边的单相β固溶体相区； e d g 3）相区 α+β 三个两相区：L+α、L+β及α+β； 一条三相（L、α、β）共存的水平线ced（共晶线）。 1） 共晶合金 下图中e点成分的合金Ⅱ，即共晶合金。 P19 f e d （2）二元共晶合金结晶过程分析 液体合金冷却至e点温度时开始结晶，并在此恒温下发生共晶反应，共晶反应生成共晶体。即： f 共晶合金结晶过程： Le e点温度 (αc +βe) e d 注：发生共晶反应时有三相共存，成分在c、d之间的合金都会发生共晶反应。 冷却曲线 为什么？见下面的分析。 2）亚共晶合金与过共晶合金 当液态合金Ⅲ冷却到1点时，开始结晶出α相，随温度继续下降，α相数量不断增加，剩余液相数量不断减少。液相成分沿ae线变化，α相成分沿ac线变化；当温度降到2点温度，即共晶温度时，α相成分变为c点成分，而液相成分变为e点成分，于是剩余液体发生共晶反应生成共晶体；在继续冷却过程中，α相由于溶解度减小而析出相βⅡ，最终组织为α+（α+β）+βⅡ，即： L 1 L+α 2 α+（α+β）2 以下 α+βⅡ+（α+β） 同理，液态合金Ⅳ在冷却过程中会有β和αⅡ生成，最终组织(α+β)+β+αⅡ。 f 亚 过 e d 3）无共晶反应的合金 以合金Ⅰ为例，其冷却曲线及结晶过程如图所示。 合金Ⅰ在2点以上的结晶过程与匀晶合金结晶过程一样，结晶终了后获得均匀的α固体。 2—3点之间组织不发生变化，自3点以下继续冷却时，由于α固溶体中溶Sn量减少，所以多余的 Sn将以βⅡ 固溶体的形式从α固溶体中析出，最终组织为α+βⅡ，即： 同理，d点右侧的合金在冷却过程中会有β和αⅡ生成，最终组织为β+αⅡ。 L 1 L+α 2 α 3 α+βⅡ e d 自某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相的转变过程，称为共析反应。 P19 具有共析反应的二元合金相图 共析反应 是一种固态相变。 3、共析相图 与共晶转变相似，共析反应也有类似共晶点的共析点和类似共晶线的共析线。 共析反应的产物称为共析体（铁碳合金中的共析体称为珠光体），是两相组成的均匀的机械混合物。 与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，而不是液相。 另外，由于固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。 珠光体P 合金的力学性能及物理、化学性能取决于合金的化学成分与组织，合金的化学成分与组织间的关系体现在合金相图上，因此合金相图与合金性能之间必然存在着一定的联系。 ADD 1、固溶体合金的成分与性能 右图表示了形成单相固溶体时，合金的强度、硬度随成分呈曲线关系变化。 利用相图可以大致判断合金的性能。 右图表示了形成两相混合物时，合金的强度、硬度随成分而变化的规律。 由图可见，两相混合物的强度、硬度与合金的成分是直线关系。当具有共晶成分的合金结晶形成共晶体时，性能曲线上出现峰值，这是因为共晶组织细小均匀所致。 ADD 2、两相混合物合金的成分与性能 间隙—溶质原子溶入溶剂晶格间隙而形成 置换—溶质原子占据溶剂晶格结点而形成 金属化合物—组元之间相互作用而形成的具有复杂结构的新的物质。 固溶体 两组元在液态和固态均能无限互溶的合金相图 结晶过程中液固两相成分随结晶温度的变化而不断变化 二元匀晶 两组元液态无限互溶、固态有限互溶并发生共晶转变的相图 结晶过程中发生 L （ α+β）的共晶转变，并有溶解度变化 二元共晶 匀晶相图—固态下形成单相溶体，具有良好的综合力学能 共晶相图—固态下形成两相混合物共晶体，具有较高的强度、硬度 相结构 相 图 相 图 与 性 能 合金的相