章相平衡与相图5二元系.pptx

第4章相平衡与相图;4.3二元系相图;4.3.1二元相图概述;凝聚态二元合金体系，熔炼和成型一般都在常压下，f=c-p+1=2-p+1，p≥1，则f≤2，即系统的自由度最大为2。因此二元合金相图常用温度、成分相图，表示合金的状态随成分和温度变化而发生变化的情况。;在相图中，任意一点都叫“表象点”。

一个表象点的坐标值反映一个给定合金的成分和温度。;二、成分的表示方法

二元相图中的成分（溶质浓度）按国家标准有两种表示法;建立相图的实验依据：相变时物理化学性质或能量（如温度和反应热等）会产生变化。

建立相图的关键是要准确地测出各成分合金的相变临界点(临界温度)。相同意义点---线---相区---相图完成

临界点的测试方法：

热分析法，硬度法，电阻法，

膨胀法，金相分析，

X射线结构分析等。

常用热分析法（冷却曲线/加热曲线法）：系统冷却过程中温度-时间曲线判断相变温度。如果有相变，则相变伴随的热效应将使曲线出现折点或水平段。由于合金凝固时的结晶潜热（△H，焓变）较大，结晶时冷却曲线上的转折比较明显。如果折点不明显，可采用灵敏度较高的差热分析法。;用热分析建立Cu-Ni相图;;;不同材料系统可能具有不同的相图型式。根据系统中两组元之间的相互作用不同，分为若干种类型，常见的有：

(1)二组元在液态无限溶解，在固态无限固溶，并形成连续固溶体的匀晶相图。

(2)二组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并有共晶反应的共晶相图。

(3)二组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，有包晶反应的包晶相图。

(4)二组元在液态无限溶解，在固态形成化合物的相图。

(5)二组元在液态无限溶解，在固态有共析或包析转变的相图。;四、杠杆定律;液相线/固相线是表示液相/固相的成分随温度变化的平衡曲线。

整个体系中，Ni的平均溶质浓度为C

合金I在t1温度时处于L+α两相平衡，要确定液相L和固相α的成分,可通过温度t1作水平线段arb，分别交液相线和固相线于a和b点。a点和b点在成分坐标上的投影CL和Cα，分别为液相??固相的Ni的溶质浓度。;二元相图分析;一、匀晶相图

１、基本概念;图Cu-Ni相图;当合金缓慢冷却至l1点以前时，均为单一的液相;

冷却到l1点时，开始从液相中析出α固溶体，冷却到α4点时，合金全部转变为α固溶体;

若继续从α4点冷却到室温，为单一的α固溶体。;平衡凝固：指合金从液态很缓慢地冷却，使合金在相变过程中有充分时间进行组元间的互相扩散，每个阶段都能达到平衡，达到平衡相的均匀成份。;;;固溶体结晶的特点：

（１）异分结晶

固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分不同；

这种结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶称为异分结晶，或称选择结晶。

（２）固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围

（f=c-p+1=2-2+1=1）

在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数量的固相。;３、固溶体合金的非平衡凝固及组织

实际上，达到平衡凝固的条件是极为困难的。

在实际冷却过程中，凝固常在数小时甚至几分钟内完成，固溶体成分来不及扩散至均匀。

先结晶的部分含高熔点的组分多，后结晶的部分含低熔点的组分多，溶液只能在固态表层建立平衡。;图匀晶系合金的不平衡凝固

（假设原子在液相扩散率很大，完全均匀化；原子在固相扩散率很小，

固相产生核化现象）;不平衡凝固过程中通常先结晶的固溶体内部含高熔点组元，而后结晶的外部则富含低熔点组元。这种在晶粒内部出现的成份不均匀现象称为晶内偏析。

如果固溶体是以树枝状结晶长大的，则枝干与枝间会出现成份差别，称为枝晶偏析。

由于晶粒内部扩散距离较短，通过扩散退火或均匀化退火，使异类原子互相充分扩散均匀，可消除晶内偏析。;两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶的系统称为匀晶系。;１、相图分析

由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。;图铅锡相图;2、Pb-Sn合金的平衡凝固

（1）端部固溶体合金（N-G，F-M之间的所有合金）

（10%Sn-