元合金相图与合金凝固.ppt

第2章 三元合金相图与凝固 河北工业大学材料学院 实际使用的材料多为多元合金 多元相图结构复杂、测定困难 三元相图是最简单的多元相图 本章介绍简单三元相图的分析与使用方法。 三元相图有成分变量2个，温度变量一个，是立体图形，相区之间以曲面分开； 三元相图的各种截面、投影图用得较多。 6.1 三元相图基本知识6.1.1浓度的表示方法 （1）浓度三角形 三元合金有两个组元的浓度可以独立变化，成分常用等边三角形中的一个点来表示，称为浓度三角形。边长=100%，三个顶点代表三个纯组元，每个边是一个二元合金系的成分轴 三元合金的浓度 例如Ｏ点代表一个三元合金。过O点作A组元对边平行线交于AC、AB边于b、e两点，bC％或Be％分别表示合金中的含A％；同理可以求出B％和C％ 三元合金0的成分：A%＝Cb％= Be％B％＝Ac％ =Cf%C％＝Ba％=Ad% (2) 其它三角形 当三元合金中各组元含量相差较大时，可以采用其它形式的三角形，否则，合金成分点可能非常靠近一边或某一顶点。常用的有 直角三角形 等腰三角形 等腰三角形 当某一个组元（如C）含量远小于其它二组元时，可以采用等腰三角形。 一般把含量较高的组元放在底边位置，两腰代表少组元的含量，即 直角三角形 当某一个组元（如A）含量远大于其它二组元时，可以采用直角三角形。 一般把含量最高的组元放在直角位置，两直角边则代表其它两组元的含量。例如O1点所代表的三元合金成分　　C％＝Ac1％　　B％＝Ab1%　　A％＝1－C％－B％ 浓度三角形中的特殊线 平行于三角形任意一边的直线，一个组元的浓度为定值。 过三角形顶点的直线，两个组元浓度之比为定值。如CE线上的任意一个三元合金符合 6.1.2 直线法则、重心法则和杠杆定律（1）直线法则 如果合金O在T1温度时处于两相平衡，在浓度三角形中合金成分与两平衡相成分均位于同一直线上。而且合金成分位于两平衡相成分之间。mon线为共轭线。 两条推论 （1）给定合金在一定温度下处于两相平衡时，若其中一个相的成分给定，另一个相的成分点必然位于已知成分点连线的延长线上。 （2）若两个平衡相的成分点已知，合金的成分点必然位于两个已知成分点的连线上。 (2)杠杆定律 在一定温度下，与二元合金相似利用杠杆定律可求出两平衡相的重量百分比。 例如合金O处于L和?两相平衡状态，两相的相对量 (3)重心法则 重心法则是杠杆定律与直线法则的推广。 如果合金N在某一温度Ti时处于? 、 ? 、 ?三相平衡， ? 、 ? 、 ? 三相的成分分别是D、E、F，DEF称为共轭三角形。 合金成分点位于共轭三角形的重心位置。重心法则。 根据直线法则，?、?二相混合物的成分应该位于EF线上的一点，而此点应位于N与D的延长线上，即β、γ二相混合物的成分为d。利用杠杆定律可求出?相的重量百分比 同理可得 6.1.3三元合金相图的平面化 测定一个立体相图需要进行大量试验积累数据、而且使用不便，实际上经常使用三元相图的二维剖面或投影图。 当假定一个变量不变或者两个变量之间有某种关系时，就可以得到二维图形。 例如温度一定，就可以得到等温截面（水平截面）； 当假定一个组元的浓度为常数或者两组元浓度之间有某种关系时，就可以得到变温截面（垂直截面） 把不同温度下的等温截面或空间曲线投影至成分三角形内（就是去掉温度变量），就可以得到投影图。 6.2 三元匀晶相图 立体三元相图是一个三棱柱，合金成分用水平放置的浓度三角形表示，温度轴垂直于浓度三角形。三个柱面分别是三个二元系的相图，相区都是空间体，相区与相区之间由曲面分开。 相图 6.2.1相图分析 点：a、b、c分别表示三组元A、B、C的熔点。 面：底面ABC是浓度三角形，三个侧面分别是AB、BC、CA三个二元匀晶相图。两个空间曲面上面abc为液相面，下面abc为固相面。 相：L和?相， 均为A、B、C三组元组成的溶体。 相区： 单相区： L相区（液相面以上）和?相区（固相面以下） 双相区： L＋ ? （液、固相面之间） 6.2.2固溶体合金的平衡结晶 三元合金的结晶过程与二元匀晶系合金相似， 当合金冷却到T1温度（成分线与液相面的交点温度），开始发生匀晶转变，即L??。 冷却到T2温度（成分线与固相面的交点温度），匀晶转变结束。 在这两个温度之间，L、?两相平衡共存。结晶过程中L的成分沿着液相面变化，?的成分沿着固相面变化。 6.2.3等温截面图（水平截面图） 在等温截面上,可确定在此温度时任意三元合金所处的状态。如：o点成分合金在t1时处于两相平衡。 在共轭线mon上可用杠杆定律确定平衡相的成分及其相对重量。 利用多个等温截面可以分析状态变化，分析结晶过程。 6.2.4变温截面图（垂直截面图） 运用变温截面