二元合金相图（课堂PPT）

1、1 1、掌握合金结晶的基本概念；、掌握合金结晶的基本概念；2 2、掌握几种基本的二元相图及其相变过程；、掌握几种基本的二元相图及其相变过程；3 3、能够利用相图判定一定条件下的金属性能。、能够利用相图判定一定条件下的金属性能。本节要点：本节要点：l组元组元是指组成合金的最简是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存单、最基本、能够独立存在的物质。在的物质。l多数情况下多数情况下组元是指组成组元是指组成合金的元素合金的元素。但对于。但对于既不既不发生分解、又不发生任何发生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组反应的化合物也可看作组元元, , 如如Fe-CFe-C合金中的合金中的FeFe3 3C

2、C。Cu-Ni合金相图合金相图L 成分（成分（wt %Ni）温度（温度（）CuNiFe-C二元相图二元相图三元相图三元相图分垂线。在成分垂线相当分垂线。在成分垂线相当于温度于温度t t 的的o o点作水平线，点作水平线，其与液固相线交点其与液固相线交点a a、b b所所对应的成分对应的成分x x1 1、x x2 2即分别即分别为液相和固相的成分。为液相和固相的成分。1 12 2 t t以以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律合金为例推导杠杆定律121122LxxxxQxxxxQ 式中的式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段即为相图中线段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x1x(ao

3、)的长度。的长度。 设合金的重量为设合金的重量为1 1，液相重量为，液相重量为Q QL L，固相重量为，固相重量为Q Q 。abaoxxxxQabobxxxxQL211212两相的重量比为：两相的重量比为：2112)(xxQxxQaoobxxxxQQLL或%5 .61%10045. 058. 045. 053. 0 Q%5 .38%10045. 058. 053. 058. 0 LQ 两组元在液态和固两组元在液态和固态下均无限互溶时态下均无限互溶时所构成的相图称所构成的相图称二二元匀晶相图元匀晶相图。1、二元匀晶相图、二元匀晶相图 LL+ 成分（成分（wt%Ni）温度（温度（）CuNi液相线固

4、相线 当液态金属自当液态金属自高温冷却到高温冷却到 t t1 1温度时，开始温度时，开始结晶出成分为结晶出成分为 1 1的固溶体，其的固溶体，其NiNi含量高于合含量高于合金平均成分。金平均成分。L L+ 这种从液相中结晶出单一固相的这种从液相中结晶出单一固相的转变称为转变称为匀晶转变匀晶转变或或匀晶反应匀晶反应。 固溶体的成分又变固溶体的成分又变回到合金成分回到合金成分 3 3上上来。来。 液固相线不仅是相液固相线不仅是相区分界线区分界线, ,也是结晶也是结晶时两相的成分变化时两相的成分变化线；线；匀晶转变是变匀晶转变是变温转变。温转变。 生产上常将铸件加热到固相线以下生产上常将铸件加热到固

5、相线以下100-200100-200长长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作除枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火扩散退火。平衡组织平衡组织枝晶偏析组织枝晶偏析组织Pb-Sn合金相图合金相图成分（成分（wt%Sn）温度（温度（）PbSnAB 液固相线：液固相线：液相线液相线AEB，固相线固相线ACEDB。A、B分分别为别为Pb、Sn的熔点。的熔点。在一定温度下，由一定在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作同的新固相的转变称作共晶转变共晶转变

6、或或共晶反应。共晶反应。 Pb-Sn共晶组织共晶组织共晶体长大示意图共晶体长大示意图 Sn原子原子扩散扩散Pb原子原子扩散扩散 晶点以右的合晶点以右的合金称金称过共晶合过共晶合金金。L+L+ C CD DA AB B19.2wt%Sn温度温度, 1针状共晶针状共晶树枝状共晶树枝状共晶放射状共晶放射状共晶螺旋状共晶螺旋状共晶%6 .54%100%4 .45%1002 .195 .979 .615 .97%100 QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2)室温下两相的相对重量百分比是多少？室温下两相的相对重量百分比是多少？FGFEQ,FGGEQ Pb-Sn共晶合金组织共晶合金组织.2

7、H%1004 FGFQ 室温下室温下 的相对重量百分比为：的相对重量百分比为： 由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表示。 随温度下降，随温度下降， 和和 相的成分分别沿相的成分分别沿CF线和线和DG线变线变化，化， 的重量增加。的重量增加。Q Q由于二次相析由于二次相析出温度较低，出温度较低，一般十分细小一般十分细小 成分大于成分大于 D点合金结晶点合金结晶过程与过程与合金相似，合金相似，室室温组织为温组织为 + 。ABCDEFG%1002%,1002)( CEEQCECQQEL %1002%,1002 CDCQCDDQ %CEEQ%,CEC10021002 亚共晶合金的亚共晶合金的结晶

8、过程结晶过程 和和 , 和和 ,共晶体共晶体( + )都是组都是组织组成物。织组成物。相与相之间的相与相之间的差别主要在差别主要在结构和成分结构和成分上。上。Pb-Sn亚共晶组织亚共晶组织L+L+L +单相区：单相区：L、 、二相区：二相区：L+ 、 L+ 、 + 三相区：三相区：L+ + （水平（水平线线PDC）在一定温度下，由在一定温度下，由一个液相包着一个一个液相包着一个固相生成另一新固固相生成另一新固相的反应称相的反应称包晶转包晶转变变或或包晶反应包晶反应。时间温度时间温度共析反应共析反应(共析转变共析转变)是指在一定温度下，由一定成分是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分

9、和结构完全不同的新固的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。相的过程。PS( 奥氏体，奥氏体， 铁素体，铁素体，Fe3C渗碳体渗碳体)金金(共析成分合共析成分合金金)、亚共析合亚共析合金金(共析线上共共析线上共析 点 以 左 的 合析 点 以 左 的 合金金)、过共析合过共析合金金(共析线上共共析线上共析 点 以 右 的 合析 点 以 右 的 合金金)。铁碳合金相图铁碳合金相图l与共晶反应不同与共晶反应不同的是，的是，共析反应共析反应的母相是固相，的母相是固相，而不是液相。而不是液相。l另外，由于固态另外，由于固态转变过冷度大，转变过冷度大，因而共析组织比因而共析组织比共晶组织细。

10、共晶组织细。珠光体珠光体Fe- Fe3C相图相图 靠纯组元的封闭靠纯组元的封闭 区是以该组元为单区是以该组元为单 相固溶体区；相固溶体区； 相图中每一条水相图中每一条水平线必定与三个单平线必定与三个单相区点接触。相区点接触。Fe- Fe3C相图相图 区，该两相区的相区，该两相区的相由两相邻单相区的由两相邻单相区的相组成。相组成。 三相区的确定：三相区的确定：二二元相图中的水平线元相图中的水平线是三相区，其三个是三相区，其三个相由与该三相区点相由与该三相区点接触的三个单相区接触的三个单相区的相组成。的相组成。Fe-Fe3C相图相图b. 由相数多的相由相数多的相区进入相数少区进入相数少的相区曲线向

11、的相区曲线向左拐。左拐。 发生三等温转发生三等温转变时，冷却曲变时，冷却曲线呈一水平台线呈一水平台阶。阶。 计算各相、各计算各相、各组织组成物相对组织组成物相对重量百分比：重量百分比：a. 在单相区，合金在单相区，合金由单相组成，相由单相组成，相的成分、重量即的成分、重量即合金的成分、重合金的成分、重量。量。合金成分合金成分相相1成分成分相相2成分成分相相1重量重量相相2重量重量合金成分合金成分组织组织1成分成分组织组织2成分成分组织组织1重量重量组织组织2重量重量固溶体合金液固相线固溶体合金液固相线间距越大、偏析倾向间距越大、偏析倾向大大, 树枝晶发达树枝晶发达, 流动流动性降低性降低, 补缩能力下补缩能力下降降, 分散缩孔增加。分散缩孔增加。 共晶合金