材料科学基础二元系相图及其合金凝固二元包晶相图PPT课件

1、包晶相图概述包晶相图概述 有些合金当凝固到一定温度时，已结晶有些合金当凝固到一定温度时，已结晶出来的一定成分的出来的一定成分的固相固相与与剩余液相剩余液相(有确有确定成分定成分)发生反应生成另一种固相的恒温发生反应生成另一种固相的恒温转 变 过 程 称 为转 变 过 程 称 为 包 晶 转 变 （包 晶 转 变 （ pe r i t e c t i c reaction）。 两组元在液态下无限互溶，固态下只能两组元在液态下无限互溶，固态下只能部分互溶并具有包晶转变的相图称为部分互溶并具有包晶转变的相图称为二元二元包 晶 相 图 （包 晶 相 图 （ t h e p e r i t e c t

2、i c p h a s e diagram）。 具有包晶转变的二元合金有：具有包晶转变的二元合金有：CuSn、FeC、CuZn、AgSn、AgPt 。第1页/共80页Pt-Ag包晶相图包晶相图LLDP42.4第2页/共80页1. 1. 包晶相图分析包晶相图分析 相区：相区：三个单相区三个单相区：L相区、相区、相区和相区和相区；相区；三个双相区三个双相区：L+相区、相区、L+相区、相区、+相区；相区；一个三相区：一个三相区：三相共存于三相共存于DPC线线 L+线：线：固相线、液相线、水平线固相线、液相线、水平线(DPC)为为包晶转变线，包晶转变线， 包晶转变线上的合金在该温度下发生包包晶转变线上

3、的合金在该温度下发生包晶转变：晶转变： LC+D =P第3页/共80页P点为包晶反应点，在点为包晶反应点，在P点成分的合点成分的合金，可全部发生包晶反应，由液、固金，可全部发生包晶反应，由液、固两相形成两相形成相单相。相单相。所有的成分在所有的成分在DC范围内的合金在此范围内的合金在此温度都将发生三相平衡的包晶转变。温度都将发生三相平衡的包晶转变。 除除P点以外，在水平线上其他成分的点以外，在水平线上其他成分的合金包晶反应不完全，除生成合金包晶反应不完全，除生成相以相以外，外，P点以右合金有液相过剩，点以右合金有液相过剩，P点以点以左合金有左合金有相过剩。相过剩。 第4页/共80页LLDP12

4、42.42.包晶系合金的平衡凝固包晶系合金的平衡凝固（1） 包晶点包晶点(P)(P)合金合金第5页/共80页在在01点温度范围，合金为液相。点温度范围，合金为液相。在在1点温度，合金开始结晶出固相点温度，合金开始结晶出固相。在在12点温度范围，合金发生匀晶点温度范围，合金发生匀晶转变，转变，L。在略高于在略高于2点温度，合金处于液相点温度，合金处于液相和和相的两相平衡，液相的平衡成分相的两相平衡，液相的平衡成分为为C点成分，点成分，相的成分为相的成分为D点成分。点成分。 第6页/共80页wLDPDC100% 42.4 10.566.310.5100% 57.3%wPCDC100% 66.3 4

5、2.466.310.5100% 42.7%两平衡相的重量分别为：两平衡相的重量分别为：在在2点温度时，合金发生包晶转变，点温度时，合金发生包晶转变，LC+DP，处于三相平衡。，处于三相平衡。第7页/共80页当温度略低于当温度略低于2点时，结晶终了。点时，结晶终了。液相和固相液相和固相全部消失全部消失，合金处于单，合金处于单相相状态。状态。 包晶转变时，包晶转变时，相一般是在相一般是在相相上形成一层外壳，把上形成一层外壳，把相包围起来，相包围起来，与与L相隔绝，然后通过原子向两边扩相隔绝，然后通过原子向两边扩散，消耗散，消耗相和相和L相而长大。相而长大。第8页/共80页第9页/共80页在低于在低

6、于2点温度，从点温度，从相中将析出次相中将析出次生相生相，。合金处于。合金处于和和两相两相平衡。随着温度下降，平衡。随着温度下降，相成分沿相成分沿PF线变化，线变化，相成分沿相成分沿DE线变化。两线变化。两平衡相的重量也随之而变。平衡相的重量也随之而变。 第10页/共80页发生包晶反应：发生包晶反应：LC+D =P为恒温为恒温反应反应结晶过程：结晶过程： LL+ 匀晶反应包晶反应脱溶转匀晶反应包晶反应脱溶转变变室温组织：室温组织：+ 包晶点包晶点( (P)P)合金合金的平衡凝固的平衡凝固第11页/共80页包晶点包晶点(P)(P)合金的室温组织合金的室温组织第12页/共80页（2） 包晶点包晶点

7、(P)(P)以右合金以右合金I I的平衡凝固的平衡凝固LLDP12G123442.4第13页/共80页在在01点温度范围，合金为液相。点温度范围，合金为液相。在在1点温度时，合金开始结晶，从点温度时，合金开始结晶，从液相中结晶出固相液相中结晶出固相。在在12点温度范围，发生匀晶转变，点温度范围，发生匀晶转变，合金处于固液两相平衡。合金处于固液两相平衡。在略高于包晶转变温度时，合金处在略高于包晶转变温度时，合金处于于和液相两相平衡。和液相两相平衡。第14页/共80页两平衡相的重量分别为：两平衡相的重量分别为： %.%DCDP%DCDGwL357100100%.%DCPC%DCGCw7421001

8、00 显然，包晶反应中液相的相对显然，包晶反应中液相的相对量超出包晶反应所需比例，量超出包晶反应所需比例，包晶反包晶反应后有液相剩余。应后有液相剩余。第15页/共80页 因此，包晶转变后，合金处于因此，包晶转变后，合金处于L和和两相平衡两相平衡。继续冷却，在继续冷却，在23点温度范围，从点温度范围，从液相中结晶出液相中结晶出相，发生匀晶转变，相，发生匀晶转变，直至直至3点温度时，液相全部消失。此点温度时，液相全部消失。此时，合金处于单相时，合金处于单相状态。状态。 第16页/共80页以后，随着温度继续下降，在以后，随着温度继续下降，在4点点以下温度范围，从以下温度范围，从相中析出次生相相中析出

9、次生相，。此时，合金处于。此时，合金处于和和两两相平衡，直至室温。相平衡，直至室温。合金在室温处于合金在室温处于和和两相平衡，两相平衡，室温组织为室温组织为+。第17页/共80页（3） 包晶点包晶点(P)(P)以右合金以右合金IIII的平衡凝固的平衡凝固LLDP1212342.4第18页/共80页在在01点温度范围，合金为液相。点温度范围，合金为液相。在在1点温度时，合金开始结晶，从点温度时，合金开始结晶，从液相中结晶出固相液相中结晶出固相 。在在12点温度范围，发生匀晶转变，点温度范围，发生匀晶转变，合金处于固液两相平衡。合金处于固液两相平衡。温度达到温度达到2点，液相全部转变为点，液相全部

10、转变为 相，相，此时的组织为此时的组织为 单相组织。单相组织。第19页/共80页23点范围内合金不发生任何组织点范围内合金不发生任何组织转变，仍为转变，仍为 单相组织。单相组织。当温度达到当温度达到3点时，由点时，由 相开始脱溶相开始脱溶出出相相因此，室温组织为：因此，室温组织为： 第20页/共80页（4）包晶点包晶点(P)(P)以右合金以右合金IIIIII的平衡凝固的平衡凝固LLDP121231242.4第21页/共80页室温组织为：室温组织为： 单相组织单相组织第22页/共80页（5） 包晶点包晶点(P)(P)以左合金以左合金I I的平衡凝固的平衡凝固LLDP1212H42.4第23页/共

11、80页液态合金冷却到液态合金冷却到12点时，发生匀点时，发生匀晶转变，液相中先结晶出初晶晶转变，液相中先结晶出初晶相。相。 相成分沿相成分沿AD变化，液相成分沿变化，液相成分沿AC变化。变化。当温度达到当温度达到2点时，液相成分相当点时，液相成分相当于于C点成分，点成分， 相成分相当于相成分相当于D点成点成分，合金处于分，合金处于LC+D两相平衡状态。两相平衡状态。第24页/共80页两平衡相的重量分别为：两平衡相的重量分别为：%.%DCDP%DCDHwL357100100%.%DCPC%DCHCw742100100 显然，包晶反应中显然，包晶反应中相的相对量相的相对量超出包晶反应所需比例，超出

12、包晶反应所需比例，包晶反应包晶反应后有后有相剩余。相剩余。第25页/共80页因此，包晶转变后，合金处于因此，包晶转变后，合金处于和和两相两相平衡。平衡。温度低于温度低于2点时，开始分别从点时，开始分别从、两相中两相中脱溶出脱溶出 和和结晶过程：结晶过程：LL+L+ 匀晶反应包晶反应脱溶转变匀晶反应包晶反应脱溶转变 室温组织：室温组织：+ + 第26页/共80页（6）包晶点包晶点(P)(P)以左其它合金以左其它合金的平衡凝固的平衡凝固LLDP1242.4第27页/共80页LLDP1242.4（6）包晶点包晶点(P)(P)以左其它合金以左其它合金的平衡凝固的平衡凝固第28页/共80页 在包晶转变过

13、程中，在包晶转变过程中，相是包围在相是包围在相的外面，通过消耗液相和相的外面，通过消耗液相和相而生相而生长。在这过程中，液相和长。在这过程中，液相和相的原子是相的原子是不能直接交换的，而必须通过在不能直接交换的，而必须通过在相中相中的扩散来传递。的扩散来传递。 原子在固相中的扩散速度是很慢原子在固相中的扩散速度是很慢的，所以，只有在平衡冷却条件下，的，所以，只有在平衡冷却条件下，也就是冷却速度很慢的情况下，包晶也就是冷却速度很慢的情况下，包晶转变才能充分进行。转变才能充分进行。3. 3. 包晶系合金的非平衡凝固包晶系合金的非平衡凝固第29页/共80页 在实际生产的条件下，由于冷却速在实际生产的

14、条件下，由于冷却速度较快，包晶转变不能充分进行，因而度较快，包晶转变不能充分进行，因而通常达不到平衡状态。通常达不到平衡状态。 对于成分为对于成分为PC范围的合金，在平范围的合金，在平衡冷却条件下，包晶转变产物中不存在衡冷却条件下，包晶转变产物中不存在相。相。 但是，在非平衡冷却条件下，由于但是，在非平衡冷却条件下，由于包晶转变不完全，使得包围在包晶转变不完全，使得包围在相中的相中的相在包晶转变后仍有残留，通常把这相在包晶转变后仍有残留，通常把这种组织称为种组织称为核心（或包心）组织核心（或包心）组织。 第30页/共80页LLDP1242.4第31页/共80页 另外，在含另外，在含Ag低于低于

15、D点的合金，在平衡点的合金，在平衡冷却条件下不发生包晶转变。冷却条件下不发生包晶转变。 但在非平衡条件下，由于扩散受抑制，但在非平衡条件下，由于扩散受抑制，初晶初晶相出现枝晶偏析，固相线平均成分发相出现枝晶偏析，固相线平均成分发生偏移（如图中的虚线所示）。生偏移（如图中的虚线所示）。 这样，在包晶转变温度时，仍有液相存这样，在包晶转变温度时，仍有液相存在，从而发生包晶转变，形成在，从而发生包晶转变，形成相。相。 包晶转变产生的非平衡组织可以通过扩包晶转变产生的非平衡组织可以通过扩散退火来消除。散退火来消除。第32页/共80页第33页/共80页4 4、包晶转变的实际应用、包晶转变的实际应用 包晶

16、转变有两个显著特点：包晶转变有两个显著特点：一是一是包晶转变的形成相依附在初晶包晶转变的形成相依附在初晶相上形成；相上形成；二是二是包晶转变的不完全性。包晶转变的不完全性。 根据这两个特点，在工业上可根据这两个特点，在工业上可有下述应用。有下述应用。(1). 在轴承合金中的应用在轴承合金中的应用 (2). 包晶转变的细化晶粒作用包晶转变的细化晶粒作用 第34页/共80页4 4、包晶转变的实际应用、包晶转变的实际应用 (1). 在轴承合金中的应用在轴承合金中的应用 滑动轴承是一种重要的机器零件。滑动轴承是一种重要的机器零件。由于价格昂贵，更换困难，所以希望由于价格昂贵，更换困难，所以希望轴在工作

17、中所受的磨损最小。轴在工作中所受的磨损最小。为此，希望轴承材料的组织由具有为此，希望轴承材料的组织由具有足够塑性和韧性的基体及均匀分布的足够塑性和韧性的基体及均匀分布的硬质点所组成。硬质点所组成。第35页/共80页4 4、包晶转变的实际应用、包晶转变的实际应用 这些硬质点一般是金属化合物，这些硬质点一般是金属化合物，所占的重量为所占的重量为5%50%。 软的基体使轴承具有良好的磨合软的基体使轴承具有良好的磨合性，不会因受冲击而开裂。性，不会因受冲击而开裂。 硬的质点使轴承具有小的摩擦系硬的质点使轴承具有小的摩擦系数和抗咬合性能。数和抗咬合性能。 第36页/共80页4 4、包晶转变的实际应用、包

18、晶转变的实际应用 第37页/共80页4 4、包晶转变的实际应用、包晶转变的实际应用 这些合金先结晶出硬的化合物这些合金先结晶出硬的化合物，然，然后通过包晶反应形成软的固溶体后通过包晶反应形成软的固溶体，并把，并把硬的化合物质点包围起来，从而得到在硬的化合物质点包围起来，从而得到在软的基体上分布着硬的化合物质点的组软的基体上分布着硬的化合物质点的组织。织。 在轴运转时，软的基体很快被磨损在轴运转时，软的基体很快被磨损而凹下去，贮存润滑油，硬的质点比较而凹下去，贮存润滑油，硬的质点比较抗磨便凸起来，支承轴所施加的压力，抗磨便凸起来，支承轴所施加的压力，这样就可保证了理想的磨擦条件和极低这样就可保证

19、了理想的磨擦条件和极低的磨擦系数。的磨擦系数。 Sn-Sb系轴承合金就属此系轴承合金就属此例例。 第38页/共80页Sn-Sb轴承合金平衡组织其中，其中，相呈黑色，相呈黑色，是包晶反应的产物。是包晶反应的产物。呈白色的点状，呈白色的点状，由由相产生相产生如图是如图是Sn-Sb（Sb20%）合金的平衡组）合金的平衡组织。图中的白色块状组织是初生织。图中的白色块状组织是初生相，相，相是以相是以Sn-Sb化合物为基的固溶体。化合物为基的固溶体。基体组织是基体组织是+ 。第39页/共80页(2). 包晶转变的细化晶粒作用包晶转变的细化晶粒作用4 4、包晶转变的实际应用、包晶转变的实际应用 在铝及铝合金

20、中添加少量的钛，可获得显著在铝及铝合金中添加少量的钛，可获得显著的细化晶粒效果。的细化晶粒效果。当含钛量超过当含钛量超过0.15% 以后，合金首先从液体以后，合金首先从液体中结晶出初晶中结晶出初晶TiAl3，然后在，然后在665发生包晶转发生包晶转变：变：L+TiAl3。TiAl3对对相起非均匀形核作相起非均匀形核作用，用，相依附于相依附于TiAl3上形核并长大。由于从液上形核并长大。由于从液体中结晶出的体中结晶出的TiAl3细小而弥散，其非均匀形细小而弥散，其非均匀形核作用的效果很好，细化晶粒作用显著。核作用的效果很好，细化晶粒作用显著。第40页/共80页 TiAl3对对相起非均匀形核作用，

21、相起非均匀形核作用，相依附于相依附于TiAl3上形上形核并长大。由于从液体中结晶出的核并长大。由于从液体中结晶出的TiAl3细小而弥散，其非细小而弥散，其非均匀形核作用的效果很好，细化晶粒作用显著均匀形核作用的效果很好，细化晶粒作用显著.第41页/共80页 同样，在铜及铜合金中加入少量的同样，在铜及铜合金中加入少量的铁与镁。铁与镁。 在镁合金中加入少量的锆或锆的盐在镁合金中加入少量的锆或锆的盐类，均因在包晶转变前形成大量细小的类，均因在包晶转变前形成大量细小的化合物，起非均匀形核作用，从而具有化合物，起非均匀形核作用，从而具有良好的细化晶粒效果。良好的细化晶粒效果。4 4、包晶转变的实际应用、

22、包晶转变的实际应用 第42页/共80页溶混间隙相图与调幅分解溶混间隙相图与调幅分解 溶混间隙（溶混间隙（miscibility gapmiscibility gap）是两种液相或两种固溶体不相混溶的现象。它可以出是两种液相或两种固溶体不相混溶的现象。它可以出现在单相的液相中，也可以出现在单一固溶体区内。现在单相的液相中，也可以出现在单一固溶体区内。 LL LL1 1+L+L2 2 1 1 + +2 2 转变方式有二种：转变方式有二种： (1) (1) 形核长大方式，需要克服形核能垒，形核长大方式，需要克服形核能垒， (2) (2) 没有形核阶段的不稳定分解，称为没有形核阶段的不稳定分解，称为调

23、幅分解调幅分解。 第43页/共80页. . 其他类型的二元相图其他类型的二元相图 1. 1. 具有化合物的二元相图具有化合物的二元相图 2. 2. 具有偏晶转变的相图具有偏晶转变的相图 3. 3. 具有合晶转变的相图具有合晶转变的相图 4. 4. 具有熔晶转变的相图具有熔晶转变的相图 5. 5. 具有固态转变的二元相图具有固态转变的二元相图第44页/共80页1. 1. 具有化合物的二元相图具有化合物的二元相图 在某些二元系中，可形成一个或多个化合物，化合物在某些二元系中，可形成一个或多个化合物，化合物一 般 处 于 相 图 的 中 间 位 置 ， 又 称 为一 般 处 于 相 图 的 中 间

24、位 置 ， 又 称 为 中 间 相中 间 相（intermediate phase）。根据两组元间形成化合物。根据两组元间形成化合物的稳定性，可分为稳定化合物和不稳定化合物。的稳定性，可分为稳定化合物和不稳定化合物。(1). 形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图 稳定化合物是指具有固定的熔点，且在熔点以下保稳定化合物是指具有固定的熔点，且在熔点以下保持固有结构而不发生分解的化合物。持固有结构而不发生分解的化合物。 相图特征：相图特征：a.没有溶解度的化合物在相图上表现为没有溶解度的化合物在相图上表现为一条垂线，可以把它作为一个独立的组元而把相图分一条垂线，可以把它作为一个独立的组元而把相图

25、分为两部分，该类化合物成分是固定的。为两部分，该类化合物成分是固定的。b.有一定的溶有一定的溶解度，化合物有一定的成分范围解度，化合物有一定的成分范围 形成稳定化合物的二元相图有：形成稳定化合物的二元相图有：MgSi、CuTi、FeP、MgCu、AgSr、Na2SiO3SiO2、BeOAl2O3、SiO2MgO 第45页/共80页形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图第46页/共80页Mg-Si相图相图第47页/共80页CdSb相图第48页/共80页(2). (2). 形成不稳定化合物的相图形成不稳定化合物的相图 不稳定化合物是指在加热到一定不稳定化合物是指在加热到一定温度时会发生分解的化合

26、物。温度时会发生分解的化合物。 相图特征：化合物线在加热到一相图特征：化合物线在加热到一定温度化合物会分解。定温度化合物会分解。 包晶反应所形成的中间相均属于包晶反应所形成的中间相均属于不稳定化合物。它们不能视为独立不稳定化合物。它们不能视为独立组元而把相图划分为简单相图。组元而把相图划分为简单相图。 例如：例如：K KNaNa相图相图 第49页/共80页形成不稳定化合物的相图形成不稳定化合物的相图第50页/共80页K-Na相图相图第51页/共80页2. 2. 具有偏晶转变的相图具有偏晶转变的相图 偏晶转变偏晶转变相图特点：在一定的成分和温相图特点：在一定的成分和温度范围内，两组元在液态下也只

27、能有限溶度范围内，两组元在液态下也只能有限溶解，存在两种不同浓度的液相解，存在两种不同浓度的液相L1和和L2。 其转变：是在一定温度下从一个液相中其转变：是在一定温度下从一个液相中同时分解出一个固相和另一成分的液相的同时分解出一个固相和另一成分的液相的过程，且固相的相对量总是偏多。过程，且固相的相对量总是偏多。 即：即：L1 A+L2 具有偏晶转变的二元系有：具有偏晶转变的二元系有：CuS、CuO、MnP 第52页/共80页具有偏晶转变的相图具有偏晶转变的相图第53页/共80页3. 3. 具有合晶转变的相图具有合晶转变的相图 合晶转变（合晶转变（syntectic reaction）相相图特点

28、：二元组在液态下有限溶解，图特点：二元组在液态下有限溶解，存在不熔合线，不熔合线以下的两液存在不熔合线，不熔合线以下的两液相相L1和和L2。 其转变：在恒定温度下，两个成分其转变：在恒定温度下，两个成分不同的液相和相互作用形成一个固相不同的液相和相互作用形成一个固相的转变称为合金转变。的转变称为合金转变。 即即 L1+L2 具有偏晶转变的二元系如：具有偏晶转变的二元系如：NaZn第54页/共80页具有合晶转变的相图具有合晶转变的相图第55页/共80页4. 4. 具有熔晶转变的相图具有熔晶转变的相图 在某些合金结晶过程中，当达到一定在某些合金结晶过程中，当达到一定温度会从一个固相分解为一个液相和

29、温度会从一个固相分解为一个液相和另一个固相，即发生了固相的再熔现另一个固相，即发生了固相的再熔现象 ， 这 种 转 变 称 为象 ， 这 种 转 变 称 为 熔 晶 转 变熔 晶 转 变（metatectic reactionmetatectic reaction）。即：。即： L+L+ 具有熔晶转变的合金很少，如具有熔晶转变的合金很少，如FeFeS S、CuCuSb Sb 第56页/共80页具有熔晶转变的相图具有熔晶转变的相图第57页/共80页5.5.具有固态转变的二元相图具有固态转变的二元相图 当合金中组元具有同素当合金中组元具有同素( (分分) )异构变时，则异构变时，则其固溶体会出现三

30、种情况：固溶体的多晶型其固溶体会出现三种情况：固溶体的多晶型转 变 ， 共 析 转 变 、 包 析 转 变 、转 变 ， 共 析 转 变 、 包 析 转 变 、 偏 析 转 变偏 析 转 变（monotectoid reactionmonotectoid reaction）。(1) (1) 具有固溶体多晶型转变的相图具有固溶体多晶型转变的相图 固溶体的多晶型转变又称为多形性转变。固溶体的多晶型转变又称为多形性转变。具有这类转变的合金有等，如具有这类转变的合金有等，如FeFeC C、FeFeTiTi合金合金第58页/共80页具有固溶体多晶型转变的相图具有固溶体多晶型转变的相图第59页/共80页(

31、2) (2) 具有共析转变的相图具有共析转变的相图 共析转变（共析转变（eutectoid reactioneutectoid reaction）是在是在一定温度下一个固相转变为另两个固相的过一定温度下一个固相转变为另两个固相的过程。共析转变与共晶转变相似，区别在于它程。共析转变与共晶转变相似，区别在于它是由一个固相在恒温下转变为另外两个固相。是由一个固相在恒温下转变为另外两个固相。共析转变对热处理强化意义很大。钢的热处共析转变对热处理强化意义很大。钢的热处理是以共析转变为基础的。理是以共析转变为基础的。 共析合金（共析合金（eutectoid alloyeutectoid alloy）、亚共

32、）、亚共析合金（析合金（hypoeutectoid alloyhypoeutectoid alloy）、过共析）、过共析合金（合金（hypereutectoid alloyhypereutectoid alloy）第60页/共80页具有共析转变的相图具有共析转变的相图第61页/共80页(3)(3)具有包析转变的相图具有包析转变的相图 包析转变（包析转变（peritectoid reactionperitectoid reaction）类似类似于包晶转变，区别在于包析转变是由两个固于包晶转变，区别在于包析转变是由两个固相反应生成另外一个固相。相反应生成另外一个固相。(4)(4)具有脱溶沉淀过程的

33、相图具有脱溶沉淀过程的相图 随着温度降低固溶体中溶解度下降，析出随着温度降低固溶体中溶解度下降，析出第二相的过程，称为脱溶过程。第二相的过程，称为脱溶过程。(5)(5)具有有序具有有序无序转变的相图无序转变的相图(6)(6)具有固溶体形成中间相转变的相图具有固溶体形成中间相转变的相图(7)(7)具有磁性转变的相图具有磁性转变的相图第62页/共80页包析转变的相图包析转变的相图第63页/共80页具有单析反应的相图具有单析反应的相图第64页/共80页复杂二元相图的分析方法复杂二元相图的分析方法 步骤和方法如下：步骤和方法如下： (1) (1) 首先看相图中是否存在化合物，如有稳定化合物，首先看相图

34、中是否存在化合物，如有稳定化合物，则以这些稳定化合物为界则以这些稳定化合物为界( (把化合物视为组元把化合物视为组元) )，把相，把相图分成几个区域图分成几个区域( (基本相图基本相图) )进行分析。进行分析。(2) (2) 根据相区接触法则，认清各相区的组成相。根据相区接触法则，认清各相区的组成相。单相区和单相区只能有一个点接触，而不应有一条边界线。单相区和单相区只能有一个点接触，而不应有一条边界线。相邻相区的相数相差为相邻相区的相数相差为1(1(点接触除外点接触除外) )，单相区与两相区相邻，单相区与两相区相邻，因而邻近的两个单相区被一个两相区隔开，两相区与三相相因而邻近的两个单相区被一个

35、两相区隔开，两相区与三相相邻。邻。一个三相反应的水平线和三个两相区相遇，共有一个三相反应的水平线和三个两相区相遇，共有6 6条边界线。条边界线。 如两个三相反应中有两个共同的相，则此两个共同的相组成如两个三相反应中有两个共同的相，则此两个共同的相组成两个三相水平线之间的两相区。两个三相水平线之间的两相区。根据热力学，所有两相区的边界线不应延伸到单相区，而应根据热力学，所有两相区的边界线不应延伸到单相区，而应伸向两相区。伸向两相区。 第65页/共80页 (3)(3)找出所有的三相共存水平线，分析这些恒温转变的类型，写出转变式。找出所有的三相共存水平线，分析这些恒温转变的类型，写出转变式。表表7.

36、17.1（或讲义（或讲义P4P44141）列出了二元系各类三相恒温反应）列出了二元系各类三相恒温反应( (转变转变) )的类型，可借助于分析。的类型，可借助于分析。 (4) (4)应用相图分析典型合金的组晶过程和组织变化规律。应用相图分析典型合金的组晶过程和组织变化规律。 单相区；相成分、质量与原合金相同。单相区；相成分、质量与原合金相同。 双相区；在不同温度下两相成分沿相界线变化，各相的相对量可由杠杆法则求得。双相区；在不同温度下两相成分沿相界线变化，各相的相对量可由杠杆法则求得。 三相共存三相共存( (平衡平衡) )时，三个相的成分固定不变，可用杠杆法则求出恒温转变前、后相组成时，三个相的

37、成分固定不变，可用杠杆法则求出恒温转变前、后相组成的相对量。的相对量。第66页/共80页 (5)(5)在应用相图分析实际情况时，切记相图只给出体系在平衡条件下存在的相和相在应用相图分析实际情况时，切记相图只给出体系在平衡条件下存在的相和相对量，并不能表达出相的形状、大小和分布（这些只取决于相的本性及形成条件）；相图对量，并不能表达出相的形状、大小和分布（这些只取决于相的本性及形成条件）；相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条件下很难达到平衡状态，因此要特别重视它们的非只表示平衡状态的情况，而实际生产条件下很难达到平衡状态，因此要特别重视它们的非平衡条件下可能出现的相和组织。平衡条件下可能出现的

38、相和组织。 (6)(6)相图的正确与否可用相律来判断。相图的正确与否可用相律来判断。 在分析和认识了相图中的相、相区及相变线的特点之后，就可分析具体合金随温度改变在分析和认识了相图中的相、相区及相变线的特点之后，就可分析具体合金随温度改变而发生的相变及组织变化而发生的相变及组织变化。第67页/共80页根据相图推测合金的性能根据相图推测合金的性能 合金的性能取决于合金的组织，而合金的性能取决于合金的组织，而合金组织与相图有关，所以可根据相合金组织与相图有关，所以可根据相图预测合金平衡状态下的一些性能。图预测合金平衡状态下的一些性能。 包括：包括：使用性能（力学性能、物理性能等）使用性能（力学性能

39、、物理性能等）工艺性能（合金的铸造工艺性能（合金的铸造 、压力加、压力加工工 、切削加工、切削加工 、热处理强化性能）、热处理强化性能）第68页/共80页1.1.使用性能使用性能( (力学、物理性能力学、物理性能) ) 一般形成两相机械混合物的合金，其性一般形成两相机械混合物的合金，其性能是各相性能的平均值，即性能与成分呈能是各相性能的平均值，即性能与成分呈线性关系；形成固溶体合金时，其性能与线性关系；形成固溶体合金时，其性能与成分呈曲线关系；形成稳定化合物时，其成分呈曲线关系；形成稳定化合物时，其性能在曲线上出现奇点。性能在曲线上出现奇点。 固溶体合金中溶质原子溶使使溶剂晶固溶体合金中溶质原

40、子溶使使溶剂晶格发生变化格发生变化( (畸变畸变) )，使固溶体强度、硬度，使固溶体强度、硬度升高，而塑性降低，这一现象称为固溶强升高，而塑性降低，这一现象称为固溶强化。固溶强化是提高合金强度的方法之一，化。固溶强化是提高合金强度的方法之一，在工业生产上得到广泛应用。在工业生产上得到广泛应用。 第69页/共80页共晶相图与硬度和强度的关系固溶体合金与强度和硬度的关系第70页/共80页相图与使用性能的关系相图与使用性能的关系第71页/共80页相图与工艺性能的关系相图与工艺性能的关系第72页/共80页2.2.判断合金的工艺性能判断合金的工艺性能 合金的工艺性能与相图也有一定的关系。合金的工艺性能与相图也有一定的关系。(1)(1) 合金铸造性能：合金铸造性能：由于共晶合金熔点低，并且是恒温由于共晶合金熔点低，并且是恒温转变，溶液流动性好，凝固后容易形成集中缩孔，转变，溶液流动性好，凝固后容易形成集中缩孔，合金较为致密。因此铸造合金宜选择在接近共晶成合金较为致密。因此铸造合金宜选择在接近共晶成分的合金