材料科学基础 二元系相图及其合金凝固12二元共晶相图.ppt

三个单相区: L相区、α相区和β相区； 三个双相区:L+α相区、L+β相区、α+β相区； 一个三相区：三相共存于MEN线 L+α+β。 三种相线：液相线、固相线和共晶转变线。 共晶转变线是一条水平线，是L、α和β三相共存的温度。 成分为E的液相在该温度下发生共晶反应： LE→ αM +βN Pb－Sn共晶相图 (a)、端部固溶体 (?Sn19%)合金 合金冷却到1点时开始结晶出?相。 合金在1-2之间时，为?＋L，液相成分沿AE变化，?相成分沿AM变化，达到2点时全部转化为?相。 2-3之间仍为?相。 达到3点开始由?相析出?Ⅱ相。 ?Sn19%合金的平衡结晶过程 ?Sn19%合金的平衡结晶的显微组织 500× 共晶合金（ ?Sn=61.9% ）的平衡结晶过程 合金液冷却到1点，开始结晶出初生?相, ?相成分沿AM变化，液相成分沿AE变化。 冷却到2点，液相成分相当于E点成分，开始发生共晶凝固，直至完全转变为固相。 温度继续下降，开始分别从?相和?相中析出βⅡ 和?Ⅱ。 亚共晶合金的平衡结晶过程 亚共晶合金的平衡结晶的显微组织 过共晶合金的凝固过程和组织特征与亚共晶合金相类似，只是初生相(先共晶相)为β固溶体而不是α固溶体。 结晶过程：L→L+β→L+β+(α+β)共→β+(α+β)共→β+αⅡ+(α+β)共 匀晶反应＋共晶反应＋脱溶转变 室温组织： β+αⅡ+(α+β)共 共晶系合金的平衡凝固可分为两类：固溶体合金和共晶型合金。 前者的结晶过程主要为匀晶相变＋脱溶转变，组织为初生固溶体和次生组织； 后者的结晶过程主要为匀晶相变、共晶相变和脱溶相变，组织为初生固溶体、共晶体和次生组织。 3.共晶系合金的非平衡凝固 在非平衡凝固条件下，某些亚共晶和过共晶成分的合金获得了全部的共晶组织。这种由非共晶成分合金所得到的共晶组织称为伪共晶（pseudo-eutectic）。 对于那些具有共晶型转变的合金，将相图的两液相线延长形成影线区，当合金熔液快冷至由两液相线延长线所包围的区域时，形成初生相的过程被抑制，液相将同时结晶出α相和β相的共晶转变，形成类似于共晶组织(伪共晶)。 若某些合金在平衡结晶时获得单相固溶体,而在快速冷却时可能出现少量的非平衡共晶体。这些非平衡共晶组织分布在α相晶界和枝晶间。 由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处从而使共晶体两组成相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶（divorced eutectic）。 Pb－Sn合金相图的六个组织区 ? 7.3.2 二元共晶相图 (a) 伪共晶 ? 伪共晶区随时冷却增加而增大。 若当合金中两组元熔点相近时，伪共晶区呈对称分布； 若合金中两组元熔点相差很大时，伪共晶将偏向高熔点组元一侧。 3.共晶系合金的非平衡凝固 ? 共晶成分的Al-Si合金在快速冷却条件下会得到亚共晶组织 ? 7.3.2 二元共晶相图 (b) 非平衡共晶组织 * * 7.3.2 二元共晶相图 共晶转变: 从一个液相中结晶出两个成分不同的固相，形成机械混和物。 金属材料中Al-Si，Al-Sn，Pb-Bi，Pb-Sn，Ag-Cu等合金系以及Fe-C合金，陶瓷材料Mg-CaO系中都具有此类相图。 二元共晶相图: 二组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并有共晶转变的二元相图叫二元共晶相图。 共晶温度： 发生共晶转变的温度。 共晶点: 发生共晶转变的液相成分点称为共晶点或共晶成分。 共晶合金在铸造工业中是非常重要，原因在于它有一些特殊的性质： ①比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作； ②共晶合金比纯金属有更好的流动性，其在凝固之中防止了阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善铸造性能； ③恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷，例如偏聚和缩孔； ④共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规则排列的层状或杆状共晶组织可能成为优异性能的原位复合材料（in-situ composite）。 铅锡共晶相图 依据相变特点和组织特征将共晶系合金分为四类： 端部固溶体合金、亚共晶合金、过共晶合金、共晶合金。 ?Sn＝10%合金的结晶过程 (a)、端部固溶体 (?Sn19%)合金 ? 结晶过程： L → L+αⅠ→αⅠ→αⅠ+βⅡ 匀晶反应＋脱溶转变 室温组织： α+βⅡ ?相(黑色)＋βⅡ ? ?Sn2%合金的平衡结晶过程 (b)、共晶合金(?Sn=61.9%)的平衡凝固 ? (b)、共晶合金(?Sn=61