二元相图的复习.ppt

西安石油大学材料科学与工程学院 (1)宏观偏析（区域偏析：正常偏析、反偏析和比重偏析。 ①正常偏析(正偏析)。当合金的分配系数k01时，先凝固的外层中溶质含量较后凝固的内层为低，合金铸件中心所含溶质质量浓度较高的现象。 ②反偏析：在k01的合金铸件中，溶质质量浓度在铸件中表层比中心高。 ③比重偏析：常产生在结晶的早期，由于初生相与溶液之间密度相差悬殊，轻者上浮，重者下沉，从而导致上下成分不均匀。 西安石油大学材料科学与工程学院 (2)显微偏析：胞状偏析、枝晶偏析和晶界偏析三种。 ①胞状偏析：当成分过冷度较小时，固溶体晶体呈胞状方式生成。若合金分配系数k01，在胞壁处富集溶质；k01，胞壁处溶质贫化。 ②枝晶偏析: 由非平衡凝固造成，使先凝固的枝干和后凝固的枝干间的成分不均匀。 ③晶界偏析：溶质原子富集(k01)在最后凝固的晶界部分。 * * * * * * * * * * * * * * 材 料 科 学 基 础 西安石油大学材料科学与工程学院 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 二元相图：二元体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间关系的简明图解。 二元相图是根据各种成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生本质变化的相变点。 西安石油大学材料科学与工程学院 用热分析法建立Cu～Ni相图(a)冷却曲线 (b)相图 1、配置不同成分的合金。 2、测冷却曲线。 3、找相变临界点。 4、相图中标示临界点并连线。 西安石油大学材料科学与工程学院 二元相图的几何规律 (1)两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开。相区接触法则：在二元相图中，相邻相区的相数差为1(点接触情况除外)。 铁碳相图的一部分 西安石油大学材料科学与工程学院 二元相图的几何规律 (2)二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示反应是恒温反应，线上存在三个表示平衡相的成分点，其中两点应在水平线的两端，另一点在端点之间。水平线的上下方分别与三个两相区相接。 (3)当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进入另一两项区内，而不会进入单相区内。 两相区与单相区分界线的走向 铁碳相图的一部分 西安石油大学材料科学与工程学院 匀晶相图 匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程。 在两个金属组元之间形成合金时，要能无限互溶必须服从以下条件：两者的晶体结构相同、原子尺寸相近、尺寸差小于15％。另外，两者有相同的原子价和相似的电负性。 杠杆定律： 在二元系合金中，用杠杆定律确定相的相对含量，主要适用于两相区。 平衡相成分的确定：要确定相的相对含量，首先必须确定相的成分。 * * 西安石油大学材料科学与工程学院 杠杆定律示意图 * * 西安石油大学材料科学与工程学院 杠杆定律示意图 镍的含量为C％的合金I在温度t1时，处于两相平衡状态，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两点在成分坐标轴上的投影CL和C?即分别表示液、固两相成分。 液相和固相的含量： 西安石油大学材料科学与工程学院 固溶体的平衡凝固 平衡凝固：凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组元间的扩散，以达到平衡相的成分。极其缓慢的冷速下才能进行。 Ni Cu-Ni合金相图 * * 西安石油大学材料科学与工程学院 Ni Cu-Ni固溶体平衡凝固时组织变化 西安石油大学材料科学与工程学院 平衡凝固的三个过程 固溶体的凝固在一个温度范围内进行，在每一个温度下，平衡凝固都包含三个过程： 液相内的扩散过程； 固相的继续长大； 固相内的扩散过程。 纯金属和固溶体凝固过程的相同点和不同点 相同点：都需要过冷度、能量起伏和结构起伏，并以形核和长大的方式进行凝固。 不同点： 1）纯金属在恒定的温度下凝固，而固溶体在一个温度范围内凝固。 2）纯金属凝固只需要结构起伏和能量起伏，而固溶体的凝固不仅需要结构起伏和能量起伏，还需要成分起伏。 * * 西安石油大学材料科学与工程学院 固溶体的凝固过程与纯金属一样，也包括形核与长大两个阶段。形核的方式可以是均匀形核，也可以是依靠外来质点的非均匀形核。 固溶体在形核时需要的条件： 1)结构起伏，形成超过临界值大小的晶核； 2)能量起伏，满足新相对形核功的要求。 3)由于固溶体在结晶时结晶固相成分和液相成分不同，需要成分起伏。 固溶体合金的形核地点：结构起伏、能量起伏、成分起伏都能满足要求的地方。 * * 西安石油大学材料科学与工程学院 固溶体的平衡结晶过程：固溶体晶核的形成造成液相或固相内的浓度梯度，从而引起相内的扩散过程，破坏了相界面处平衡。晶体必须