第3章合金相图和合金凝固.ppt

第三章 二元合金相图和合金的凝固;3.1 二元合金相图的建立;二、二元合金相图的测定方法 1）实验测定；2）理论计算 实验测定法：先配制一系列成分不同的合金，然后测定这些合金的相变临界点，最后把这些点标在温度—成分坐标图上，把各相同意义的点连结成线，这些线就在坐标图划分出一些区域，即相区，将各相区所存在的相的名称标出，相图的建立工作即告完成。 测定临界点方法：热分析法、金相法、x射线结构分析法等。;热分析法测定二元合金相图： 1）配制一系列不同成分的合金，测出从液态到室温的冷却曲线。 2）将临界点标在温度—成分坐标图中，再将相应的临界点连接起来。 3）标注相区。;三、相律及杠杆定律 1. 相律及其应用 相律：在平衡条件下，表示系统的自由度数、组元数和相数之 间关系的数学表达式。 当系统的压力不为常数时 f=c-p+2 当系统的压力为常数时 f=c-p+1 c是系统组元数，P为平衡条件下系统中的相数，f为自由度数。;自由度：在保持合金系中相的数目不变的条件下，合金系中可以独立改变的影响合金状态的内部和外部因素的数目。 对纯金属而言，成分固定不变，只有温度可以独立改变，所以纯金属的自由度数最多只有1个； 对二元合金来说，已知—个组元的含量，则合金的成分即可确定，因此合金成分的独立变量只有一个，再加上温度因素，所以二元合金的自由度数最多为2个。 三元系合金的自由度数最多为3个， 四元系为4个…。;相律的应用 (1)利用相律可以确定系统中可能存在的最多平衡相数。 对单元系来说，组元数c＝1，由于自由度不可能出现负值，所以当f=0时，同时共存的平衡相数应具有最大值，代入相律公式f=c-p+1，即得 P＝1-0+1＝2 即单元系同时共存的平衡相数不超过2个。例如，纯金属结晶时，温度固定不变，自由度为零，同时共存的平衡相为液、固两相。 对二元系来说，组元数c＝2，当f＝0时，P=2－0＋1＝3，说明二元系中同时共存的平衡相数最多为3个。;(2)利用相律可以解释纯金属与二元合金结晶时的一些差别。 纯金属结晶时存在液、固两相，其自由度为零，说明纯金属在结晶时只能在恒温下进行。 二元合金结晶时，在两相平衡条件下，其自由度f＝2－2＋1，说明此时还有一个可变因素(温度)，因此，二元合金将在一定温度范围内结晶。 二元合金三相平衡共存时，则其自由度f＝2－3＋1＝0，说明此时的温度不但恒定不变，而且三个相的成分也恒定不变，结晶只能在各个因素完全恒定不变的条件下进行。;2. 杠杆定律 杠杆定律：用于计算相的成分及其相对含量。 在二元系合金中，杠杆定律只适用于两相区。 要确定相的相对含量，首先必须确定相的成分。 根据相律可知，当二元系处于两相共存时， f=c-p+1，其自由度为1，这说明只有一个独立变量，如温度可变，那么两个平衡相的成分均随温度的变化而变化。两平衡相的成分和温度必须是一一相对应的。当温度恒定时，自由度为零，两个平衡相的成分也即随之固定不变。两个相成分点之间的连线(等温线)称为连接线。实际上两个平衡相成分点即为连接线与平衡曲线的交点。;在Cu-Ni二元合金相图中，液相线是表示液相的成分随温度变化的平衡曲线，固相线是表示固相的成分随温度变化的平衡曲线。合金I在温度t1时，处于两相平衡状态，即L??，要确定液相L和固相?的成分，可通过温度t1作一水平线段arb，分别与液、固相线相交于a和b，a、b两点在成分坐标上的投影CL和C?，即分别表示液、固两相的成分。;设合金的总质量为1，液相的质量为wL，固相的质量为w?，则有 wL＋w?＝1 合金I中的含镍量等于液相和固相中镍的含量之和，即 wLCL＋w? C?＝1C 由以上两式可以得出 ;将合金I成分C的r 点看作支点，将wL、w?看作作用于a和b的力，则按力学杠杆原理可得出上式。将上式称为杠杆定律。 上式可以换写成下列形式 ;3.3 匀晶相图及固溶体的结晶 匀晶相图：两组元在液态无限互溶、固态也无限互溶的二元合 金相图。 匀晶转变:从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 主要二元合金系：Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mo、Cd-Mg、Fe-Ni、 Mo-W等。 ;一、相图分析 Cu-Ni二元合金相图:液相线+固相线 三个区域： 液相区L 固相区? 液、固两相区L＋?;二、固溶体合金的平衡结晶过程 平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。;2）t2时 ?固溶体成分：?2 液相成分：L2 原有的?1相改变为与?2相同的成分。温度下降，?相的成分沿固相线变化，液相成分沿液相线变化。;3）t3时 结晶终了 得到了与原合金成分相同的?固溶体。;合金平衡