二元合金相图的基本类型和分析.ppt

* 4.2 二元合金相图的基本类型和分析 一、二元匀晶相图 在液态和固态两组元都能无限互溶的相图称为均晶相图。二元合金系Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、Fe-Ni、W-Mo等具有这类相图。 1．Cu-Ni相图分析 分析： ① 液相线—曲线Al1B ② 固相线—曲线Aa4B ③ 液相区—液相线以上的液相L区域 ④ 固相区—固相线以下的固a相区域 ⑤ 液相线与固相线之间为液、固两相区（L+a） ⑥ A为Cu的熔点（1083℃），B为Ni的熔点（1452℃）。 2．Cu-Ni合金的平衡结晶过程如b)图所示。 3．杠杆定理 不同条件下相的成分及其相对量可用杠杆定理求得。 1）确定两平衡相的成分 如图（a）所示，水平线与液相线L的交点 即为相的成分。 2）确定两平衡相的相对量 方法是： ① 设试验合金重量为1，液、固相重量分别为QL、QS ，则  QL+QS =1； ② 设液、固相含Ni浓度分别为x1、x2，x为试验合金中的平均 含Ni量(%)，则 可得: ； 用图中线段来表示，即为: ； 所以： 或 3）注意：杠杆定律只能用于两相平衡共存时计算。 4．成分偏析 实际生产条件下为非平衡结晶，因此，先后结晶的部 分成分会不相同。 ① 枝晶偏析（晶内偏析）：先结晶的枝轴与后结晶的枝轴 间成分不同。 ② 区域偏析：由于不平衡冷却造成宏观区域成分不一致。 例如焊接接头中的中心线偏析和层状偏析。 注意：杠杆定律只能用于两相平衡共存时计算。 二、二元共晶相图 二组元在液态无限互溶，而在固态仅有限互溶且发 生共晶反应。 以Pb-Sn合金为例。 1．相图分析 ① 相及相区：有α、β、L三种相；  由三个单相区、三个双相区组成相图。 ② AEB为液相线 , ACEDB为固相线。 ③ 共晶线为CED线，称为共晶反应线。 ④ 共晶反应 ：浓度为E的L相在共晶反应线时的温度会同时结晶 出两相的混合物，其产物称为共晶组织。即： ⑤ 固溶线：CF线及DG线分别为α固溶体和β固溶体的固溶线。 2．合金的结晶过程及组织 合金Ⅰ、合金Ⅱ、合金Ⅲ、合金Ⅳ的结晶过程及其组织如图所示。 分析： ① 相组成 ② 组织组成物 ③ 属这类相图的合金还  有Pb-Sn、Al-Si、Al- Sn、Al-Cu、Pb-Sb、 Ag-Cu等。 三、二元包晶相图 二组元在液态无限互溶，在固态有限固溶且发生包晶反应。如Fe-Fe3C合金（Fe3C----渗碳体）。 1．相图分析 包晶相图组成如图所示。 包晶反应过程如图所示。 2．合金结晶过程 Fe-Fe3C合金结晶过程如图所示。 四、形成稳定化合物的二元合金相图 分析： ① 稳定化合物指熔化前不分解的化合物。 ② 可将稳定化合物看作一个组元，从而把整个相图看成由若 干个简单相图所组成。 五、具有固态转变的二元合金相图 1．固态转变主要有： ① 固溶体的脱溶转变； ② 共析转变； ③ 包析转变； ④ 固溶体的同素异晶转变； ⑤ 有序—无序转变等。 2．固溶体的脱溶转变 固溶体因溶解度变化而发生的脱溶转变。如图所示。 3．共析转变 由图分析可知： ① 从固相中同时析出两种不同新相的反应称为共析反应。 ② 共析反应的产物为共析物。 ③ 由于共析反应在固态进行，所以共析组织比共晶组织要细 得多。 六、二元相图的分析与应用 1．二元相图的分析步骤 1）若有稳定化合物，则将其看作一独立组元，把相图分成 几个部分分析。 2）相区接触法则： 二元相图中，相邻相区中的相数只相差一个（点接触 除外）。分析时首先熟悉单相区中的相，再根据相区接触 法则辨别其它相区。 3）找出与三相共存水平线点接触的三个单相区，确定三相平衡  转变的性质和反应式。 4）在两相平衡区，可应用杠杆定律求出各相的相对量。 2．相图的应用 ① 相图反映了合金的成分与组成相之间的关系，而组成相的本质 及其相对含量与合金力学性能、物理化学性能密切相关。 ② 相图反映了合金的结晶特性。 ③ 在某种程度上可根据相图来判断合金力学性能、物理化学性能 及合金的铸造性能。如图