第3章合金的结构与二元状态图剖析.ppt

置换固溶体的晶格畸变 间隙固溶体的晶格畸变 3 机械混合物 例：铋-锑（Bi-Sb）二元合金相图，求Sb的质量分数为40%的Bi-Sb合金，在400℃时组成相的成分及组成相的相对质量。 解：在成分轴上找出Sb的质量分数40%的合金点，并引Ⅰ-Ⅰ成分垂线，再在400 ℃作水平线与液相线和固相线分别交于C点及E点，且与Ⅰ-Ⅰ成分垂线相交于D点，此时C点在成分轴上的投影即为液相的成分。故液相中Sb的质量分数为18%，同理α固溶体中Sb的质量分数为72%。 根据杠杆定律，求得液固两相的相对质量分别为： =DE/CE=（72-40）／（70-18）=55% =1-55%=45% α→βⅡ 脱溶 分析二元合金相图的要点 1.相图中每一点都代表某一成分的合金在某一温度下所处的状态，此点称为合金的表象点。 2.在单相区中，合金由单相组成，相的成分即等于合金的成分，它由合金的表象点来决定。 3.在两个单相区之间必存在着一个两相区。在此两相区中，合金处于两相平衡状态；两个平衡相的成分可由通过合金表象点的水平线与两相区边界线的交点来决定，两相的相对质量可运用杠杆定律加以计算。 4.在二元合金相图中，三相平衡共存表现为一条水平线。 三相平衡线的图形特征及性质 3.　二元包晶相图 包晶转变：由一个特定成分的固相α和液相L在恒温TD下生成另一个特定成分固相β的转变。表达式： 具有二元包晶转变的合金有： Pt-Au、Cu-Sn、Cu-Zn等合金， 铂（Pt）-银（Ag）相图是典型的二元包晶相图。 P 相图分析 成分在P、C两点之间的合金都要发生包晶反应，D点表示包晶点，对应的温度为包晶温度。 平衡结晶过程分析 室温平衡组织：包晶合金：β+αⅡ 成分在d-p之间的合金Α+ β+ αⅡ+ βⅡ 成分在p-b之间的合金：β + αⅡ 4. 二元共析相图 共析转变：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 共析转变 §3 相图与性能的关系 根据相图判断材料的力学和物理性能 溶质元素 → 晶格畸变 → 强度、硬度↑（ 浓度50%时最大 ） 强度与组成相或组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密，强度越高（共晶点处，共晶组织细小、均匀细密，强度达最高值。） 根据相图判断材料的工艺性能 铸造性能：根据液固相线之间的距离X X越大，成分偏析越严重（因为液固相成分差别大）； X越大，流动性越差（因为枝晶发达）； X越大，热裂倾向越大（因为液固两相共存的温区大）。 塑性加工性能：选择具有单相固溶体区的合金。 热处理性能：选择具有固态相变或固溶度变化的合金 固溶体合金中的枝晶偏析 实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分。扩散过程总是落后于结晶过程，合金结晶是在非平衡的条件下进行的。这使得先结晶出来的固溶体合金富含高熔点组元，构成晶体的树枝状骨架，后结晶出的部分富含低熔点组元较少，填充于枝间。这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析或称晶内偏析。 危害：出现枝晶偏析后，使合金材料的机械性能、耐蚀性能和加工工艺性能变坏。 方法：出现枝晶偏析后，可通过扩散退火（均匀化退火）予以消除。一般采用将铸件加热到低于固相线100～200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分扩散，成分均匀化。 先结晶， 不易浸蚀， 呈亮白色 易浸蚀 呈暗黑色 2.二元共晶相图 共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变。一般表达式是 点：共晶点E，纯组元熔点 最大溶解度点 二元共晶相图分析 线：液相线、固相线，共晶线，固溶线 区：3个单相区，3个两相区， 1个三相区（3个两相区的水平接触线）） 合金类型：固溶体合金，共晶型合金(亚共晶，共晶，过共晶) 以Pb-Sn合金共晶相图为例， 对共晶相图的基本结构，点、 线、区进行基本介绍： 共晶反应： 1、点 2、线 3、区 CED水平线（一个特殊的相区） L + a 2 0 0 C o , wt% Sn 2 0 4 0 0 3 00 1 00 L a 6 0 a + b b 0 8 0 100 L + b 共晶 过共晶 160 m m 175 m m b b b b b b a a a a a a 亚共晶 共晶组织 结晶过程分析——端部固溶体类合金 端部固溶体合金的室温平衡组织 室温组织：α+βⅡ 结晶过程分析——共晶合金 共晶点、共晶线、共晶温度、 共晶组织、共晶反应 室温组织： α+β（次生相αⅡ和βⅡ细小且少，略） 两相的相对含量计算： 共晶温度时： 共晶组织金相图 片间距示意图 共晶合金室温平衡组织特征 基本