二元合金相图(很好很强大).pptVIP

第四节 合金的结晶 合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。 相图表示了在缓冷条件下，不同成分合金的组织随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。 根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。 一、二元相图的建立 几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点和平台）的温度值。 2. 将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 3. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。 相图中，结晶开始点的连线叫液相线。 结晶终了点的连线叫固相线。 ⑵ 杠杆定律 处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。 ① 确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成 则 QL + Q? =1 QL x1 + Q? x2 =x 解方程组得： 因此两相的相对重量百分比为： 上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。 在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。 杠杆定律只适用于两相区。 例（如图） 二、二元相图的基本类型与分析 相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。 相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L ，固相线以下为? 固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+ ? ）。 ⑴ 合金的结晶过程 除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ合金为例说明。 成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3时，最后一滴L3成分的液体也转变为固溶体，此时 合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体。但实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。 在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。它不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。 冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。 枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。 Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织 2、二元共晶相图 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图。 以 Pb-Sn 相图为例进行分析。 ⑴ 相图分析 ① 相：相图中有L、?、?三种相, ?是溶质Sn在 Pb中的固溶体， ?是溶质Pb在Sn中的固溶体。 ② 相区：相图中有三个单相区： L、?、?；三个两相区： L+?、L+?、?+ ?；一个三相区：即水平线CED。 共晶反应的产物，即两相的机械混合物称共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称共晶温度。代表共晶温度和共晶成分的点称共晶点。 具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共 ⑵ 合金的结晶过程 ①共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程 液态合金冷却到E 点时， Pb和Sn同时达到饱和, 发生共晶反应：LE ?(?C+?D) 。 析出过程中两相相间形核、互相促进、共同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、点球等形状。 共晶组织形态 在共晶转变过程中，L、 ?、 ? 三相共存, 三个相的量在不断变化，但它们各自成分是固定的。 共晶组织中的相称共晶相。共晶转变结束时，? 和 ? 相的相对重量百分比为： 共晶结束后，随温度下降， ? 和? 的成分分别沿CF线和DG线变化，并从共晶 ? 中析出?Ⅱ ，从共晶 ? 中析出?Ⅱ ，由于共晶组织细， ?Ⅱ与共晶?结合， ?Ⅱ与共晶? 结合，共晶合金的室温组织仍为 ( ?+? ) 共晶体。 ②含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程 在3点以前为匀晶转变，结晶出单相? 固溶体，这种直接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。 温度降到3点以下，? 固溶体被Sn过饱和，由于晶格不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相—? 相。由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。 形成二次相的过程称二次析出, 是固态相变的一种。 Ⅰ合金室温组织为? + ?Ⅱ 。 ③ 亚共晶合金(Ⅲ合金)的结晶过程 合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成分变化到C点，液相成分变化到E点, 此时两相的相对重量为： 在2点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应： L ?(? + ?) ，转变为共晶组织，共晶