第三章二元合金的相结构与结晶(相图建立与匀晶相图)2(25+8)-10-3讲述.ppt

（一） 相律及其应用 相律：表示平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数之间的关系。 表达式： F=C-P+2 （压力：不等） F=C-P+1 （压力：常数） C－组元数（component）； P－相数（phase）； F－自由度数（free） 平衡系统的自由度数：平衡系统的独立、可变的因素数。 （在保持合金系的相数不变的条件下，合金系中可改变的、影响合金状态的内部因素和外部因素的数目） （成分、温度、压力） （一） 相律（ F=C-P+1 ）及其应用 （1）确定系统中可能存在的最多平衡相数。 （自由度F=0时，共存的平衡相数具有最大值） 0＝1－P＋1→P=2（单元系）； 0＝2－P＋1→P=3（二元系）； …… （2）解释纯金属与二元合金的结晶差别。 纯金属结晶，液固两相共存， P=2 ，F=1-2+1＝0，恒温 二元合金结晶， P=2 ，F=2-2+1＝1，一个因素可变（温度） 确定二元合金两相共存时平衡相成分 根据相律(P=2，F=2-2+1＝1)，自由度为1，若温度一定，则平衡相成分随之确定。 确定两相的相对含量。 注意：只适用于两相区；三点（一支点和两端点）要选准 二元合金相图的一般几何规律 相律：F=3-P（ F=C-P+1 ；C=2） 1、P=1，F=2 ——位于相图中的单相区（Single Phase Region） 任意一点的成分和温度都可以独立变化而不影响系统的状态。 可以是任意形状。 （恒压下，最大F=2，成分、温度均可变） 2、 P=2，F=1 ——位于相图中的两相区（Two Phase Region） 只有一个独立变量，温度一定成分一定，反之亦然。 一对代表两平衡相的成分和温度的共轭曲线组成。 3、 P=3，F=0 ——位于相图中的三相区（Three Phase Region） 没有独立变量，温度与每一相的成分均不能变。 形状是一条等温线。端点和中间点分别表示三个相的成分。 有两种基本形式：共晶型（Eutectic-type）、包晶型（Peritectic-type） 4、 P3，F0 ——没有意义。 §3-4 匀晶相图及固溶体的结晶 ——以Cu-Ni合金为例进行分析 一、相图分析 二、固溶体合金的平衡结晶过程 纯组元的结晶过程，属于纯金属的结晶过程； 固溶体合金结晶过程，以Ⅰ合金为例说明： 当液态金属自高温冷却到 t1温度时，开始结晶出成分为?1的固溶体，其Ni含量高于合金平均成分。 随温度下降，固相数量增加，液相数量减少。同时，液相成分沿液相线变化，固成分沿固相线变化。 成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t4时，最后一滴L4成分的液体也转变为固溶体，此时固溶体的成分又变回到合金成分?4上来。 相同点：基本过程：形核－长大； （1）热力学条件：⊿T0； （2）能量条件：能量起伏； （3）结构条件：结构起伏。 二、固溶体合金的平衡结晶过程 三、固溶体的不平衡结晶 ——偏离平衡结晶条件的结晶 成分偏析： 晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀现象。树枝晶的枝干和枝间化学成分不均匀又称枝晶偏析。 五、成分过冷及其对晶体生长形态的影响 （一）形成成分过冷的条件 （二）成分过冷对生长形态的影响 (1)非平衡结晶时，固、液相的平均成分与固、液相线有偏离。 冷却速度越快，其偏离程度越严重； 冷却速度越慢，偏离程度越小，越接近于平衡条件。 液相线的偏离程度较固相线小。 (2)?先结晶部分含高熔点组元多，后结晶部分含低熔点组元多。 (3)?非平衡结晶的终结温度低于平衡结晶的终止温度。 非平衡结晶分析结论： L1 L2 L3 L4 α1 α4’ α3’ α2’ α4 α3 α2 L α 温度 固液界面 距离x t0 t2 L α 温度 固液界面 距离x t0 t2 L α 温度 固液界面 距离x t0 t2 温度 距离x C0/k0 C0 k0C0 固液界面 L α 成分过冷： t0 t2 L+α α C0 C0/k0 溶质浓度 温度 C0 k0C0 C0 固溶体合金结晶时由界面前沿液相中的成分差别引起的过冷; 平衡结晶温度与实际结晶温度之差。 随X的增加界面前沿液相的浓度降低 随X的增加界面前沿液相的平衡结晶温度升高 过冷区域 温度梯度为正 Δ T=T平衡-T实际 形成条件： 距界面距离 t1 温度 G1 G2 G3 t0 温度梯度与界面处的平衡结晶曲线恰好相切，是成分过冷的