金属学第四章 二元合金相图

1、1.合金的相结构 2.二元合金相图的建立3.几种典型二元合金相图4.相图与合金性能之间的关系第第4 4章章 合金的相结构和相图合金的相结构和相图在相图中，任意一点在相图中，任意一点都叫都叫“表象点表象点”。一个表象点的坐标值一个表象点的坐标值反映一个给定合金的反映一个给定合金的成分和温度。成分和温度。在相图中，由表象点所在的相区可以判定在该温在相图中，由表象点所在的相区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。度下合金由哪些相组成。二元合金在两相共存时，两个相的成分可由过表二元合金在两相共存时，两个相的成分可由过表象点的水平线与相界线的交点确定。象点的水平线与相界线的交点确定。建立相图的关键是要准确

2、地测出各成分合金的相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）。变临界点（临界温度）。临界点：物质结构状态发生本质变化的相变点。临界点：物质结构状态发生本质变化的相变点。测临界点的方法通常有热分析法、硬度法、金相测临界点的方法通常有热分析法、硬度法、金相分析、分析、X射线结构分析、磁性法、膨胀法、电阻射线结构分析、磁性法、膨胀法、电阻法等。法等。由于合金凝固时的结晶潜热较大，结晶时冷却曲由于合金凝固时的结晶潜热较大，结晶时冷却曲线上的转折比较明显，因此常用热分析法来测合线上的转折比较明显，因此常用热分析法来测合金的结晶温度，即测液相线、固相线。金的结晶温度，即测液相线、固相

3、线。相图的建立热分析法 利用合金在转变时伴有热学性能变化的特性，通利用合金在转变时伴有热学性能变化的特性，通过测量系统温度的变化来得到临界温度，从而建立起过测量系统温度的变化来得到临界温度，从而建立起相图。相图。热分析法建立二元合金相图的步骤将给定两组元配制成一系列不同成分的合金；将给定两组元配制成一系列不同成分的合金；将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它们的冷却曲线；们的冷却曲线；找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点）找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点）；将各临界点注在温度将各临界点注在温度成分坐标中相应的合金成分成分

4、坐标中相应的合金成分线上；线上；连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线；连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线；用相分析法测出相图中各相区（由上述曲线所围成的用相分析法测出相图中各相区（由上述曲线所围成的区间）所含的相，将它们的名称填入相应的相区内，区间）所含的相，将它们的名称填入相应的相区内，即得到一张完整的相图。即得到一张完整的相图。 由液相结晶出单相固由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶溶体的过程称为匀晶转变。转变。 两组元在液态无限溶两组元在液态无限溶解，在固态无限固溶解，在固态无限固溶，并且发生匀晶反应，并且发生匀晶反应的相图，称为匀晶相的相图，称为匀晶相图。图。L相图分

5、析TbTa4.3.14.3.1匀晶相图匀晶相图相图相图（平衡图、状态图）（平衡图、状态图）平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。 CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 铜-镍合金匀晶相图CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 纯铜纯铜熔点熔点纯镍纯镍熔点熔点液相线液相线固相线固相线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程abcdT,CtL L

6、 L匀晶转变 L 冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。杠杆定律杠杆定律CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 12acba1b1c1T1T21. 1. 在两相区内，对在两相区内，对应每一确定的温度，应每一确定的温度，两相的成分是确定的。两相的成分是确定的。2. 2. 随着

7、温度的降低，随着温度的降低，两相的成分分别沿液两相的成分分别沿液相线和固相线变化。相线和固相线变化。杠杆定律杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度T1，两相质量的比值是确定的。即QL/Q=b1c1/a1b1杠杆定律推论：杠杆定律推论：在两在两相区内，对应温度相区内，对应温度T1T1时两相在合金时两相在合金b b中的相中的相对质量各为对质量各为Q QL L/Q/QH H=b=b1 1c c1 1/a/a1 1c c1 1Q Q /Q/QH H=a=a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=1- =1- Q QL L/Q/QH H例：求例：求30%30%NiNi合金在合金在1280 128

8、0 时时 相的相对量相的相对量CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ ac30a1b1c11280 C解：作成分线和温度线如图。6618根据杠杆定律推论， Q Q / / Q QH H = = a a1 1b b1 1 /a/a1 1c c1 1 =12/48=1/4=12/48=1/4答：所求合金在1280 时相的相对质量为1/4。4.3.224.3.22共晶相图共晶相图PbSnSn%T, C铅-锡合金共晶相图液相线液相线L固相线固相线 + L + L + 固溶线固溶线 固溶线固溶线共晶转变分析共晶转变分析PbSnT

9、, CL + L + L + 共晶反应线共晶反应线表示从表示从c点到点到e点点范围的合金，在范围的合金，在该温度上都要发该温度上都要发生不同程度上的生不同程度上的共晶反应。共晶反应。ce共晶点共晶点表示表示d点成分的合点成分的合金冷却到此温度金冷却到此温度上发生完全的共上发生完全的共晶转变。晶转变。dLd c + e共晶反应要点共晶反应要点PbSnT, CL + L + L + 183ced 共晶转变在恒温下进行。共晶转变在恒温下进行。 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。存在一个确定的共晶点。在该

10、点凝固温度最低。 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。X1合金结晶过程分析合金结晶过程分析cefgX1T, CtL L LL+ 冷却曲线冷却曲线 + 1234PbSnT, CL + L + L + 183cedX1合金结晶特点合金结晶特点T, CtL L LL+ 冷却曲线冷却曲线 + 1.没有共晶反应过程，没有共晶反应过程，而是经过匀晶反应形成而是经过匀晶反应形成单相单相 固相。固相。2.要经过脱溶反应，要经过脱溶反应，室温室温 组织组成物组织组成物为为 + 组织组成物组织组成物组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。X2合金结晶过程分

11、析合金结晶过程分析（共晶合金共晶合金）X2T, CtL( + )L( + )LL( + ) 共晶体共晶体冷却曲线冷却曲线( + )PbSnT, CL + L + L + 183cedX3合金结晶过程分析合金结晶过程分析（亚共晶合金亚共晶合金）X3T, CtLL+ ( + )+ + 12( + )+ PbSnT, CL + L + L + 183cedL+( + )+ 标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图4.3.34.3.3包晶相图包晶相图包晶转变包晶转变： Ld + c ePtAgAg%T, C铂-银合金包晶相图L + L + L + cedfgT, CtLL + L + + 4.3.4. 4.3.4. 共析相图共析相图共析转变共析转变： ( + ) 共析体共析体ABT, C + + + cedL + L4.4 相图与性能的关系1.合金的使用性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系 固溶体中溶质浓度固溶体中溶质浓度 强度、硬度强度、硬度 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。4.4.2 合金的工艺