第2章 合金的结构与结晶1

1、1内容简介内容简介本章介绍合金相结构和组织的基本概念、本章介绍合金相结构和组织的基本概念、二元合金相图的建立过程和分析相图的基本二元合金相图的建立过程和分析相图的基本方法，以及二元相图与合金性能之间带规律方法，以及二元相图与合金性能之间带规律性的一些关系。性的一些关系。重点掌握合金相结构，并学会分析二元重点掌握合金相结构，并学会分析二元合金相图。合金相图。2关于合金的基本概念关于合金的基本概念合金合金：一种金属元素同另一种或几种元素：一种金属元素同另一种或几种元素(k(k可以是金属，也可以是非金属可以是金属，也可以是非金属), ), 通过熔化或通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有其它方法结

2、合在一起所形成的具有金属特性金属特性的物质。的物质。 组元组元：组成合金的独立的、最基本的单元。：组成合金的独立的、最基本的单元。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物合金系合金系：由给定组元配制成一系列成分不同：由给定组元配制成一系列成分不同的合金组成的一个系统。的合金组成的一个系统。3相相：在金属或合金中，凡具有：在金属或合金中，凡具有相同的化学成分相同的化学成分、相同的晶体结构相同的晶体结构并以界面相互分开的均匀组成并以界面相互分开的均匀组成部分。部分。 液态物质为液相，固态物质为固相。液态物质为液相，固态物质为固相。 固态合金中两类基本相：固溶体和

3、金属化合物固态合金中两类基本相：固溶体和金属化合物合金的相状态合金的相状态：合金在一定条件下的相组成情：合金在一定条件下的相组成情况，包括相的种类和相对量。况，包括相的种类和相对量。4组织组织：在显微镜下所观察到的，具有一定大：在显微镜下所观察到的，具有一定大小、形状和分布的金属内部的微观形貌。小、形状和分布的金属内部的微观形貌。在金属或合金中，由于形成的条件不同，各在金属或合金中，由于形成的条件不同，各种相将以不同的数量、形状、大小相互结合，种相将以不同的数量、形状、大小相互结合，因此，在显微镜下，可以看到金属或合金具因此，在显微镜下，可以看到金属或合金具有各种不同的组织。有各种不同的组织。

4、合金的组织状态：合金在一定条件下，由哪合金的组织状态：合金在一定条件下，由哪几个组织组成，以及它们的相对量。几个组织组成，以及它们的相对量。5相和组织的比较相和组织的比较假设：红色、蓝色分假设：红色、蓝色分别表示不同的两个相别表示不同的两个相62.1 合金的结构合金的结构固态合金的相，分成两大类：固态合金的相，分成两大类：固溶体固溶体：相的晶体结构与某一组成元素的晶体相的晶体结构与某一组成元素的晶体结构相同结构相同金属化合物金属化合物：相的晶体结构与组成元素的晶体相的晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同结构均不相同7 一、固溶体一、固溶体 固态下互相溶解所形成的物质固态下互相溶解所形成的物质固

5、溶体概念固溶体概念 合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。如，结构上与组元之一相同的固相。如，Fe(C)Fe(C)固溶固溶体。体。8固溶体的分类固溶体的分类v按溶质原子在溶剂晶格中的位置分：按溶质原子在溶剂晶格中的位置分：置换固溶体与间隙固溶体置换固溶体与间隙固溶体v按溶质原子在溶剂中的溶解度分：按溶质原子在溶剂中的溶解度分：有限固溶体和无限固溶体有限固溶体和无限固溶体v按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分：按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分：无序固溶体和有序固溶体无序固溶体和有序固溶体9v1、置换固溶体、置换固溶体v(sub

6、stitutional solid solution)v溶剂原子被溶质原子所置换溶剂原子被溶质原子所置换102 2、间隙固溶体、间隙固溶体（interstitial solid solutioninterstitial solid solution） 溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体晶格畸变（晶格畸变（lattice distortionlattice distortion） 由于溶质原子的介入，原子的排由于溶质原子的介入，原子的排列规律受到局部的破坏，使晶格列规律受到局部的破坏，使晶格发生扭曲变形。发生扭曲变形。晶体结构类型晶体结构类型1112

7、13间隙固溶体的特点间隙固溶体的特点溶质原子分布于溶剂晶格间隙所形成的固溶溶质原子分布于溶剂晶格间隙所形成的固溶体，其体，其溶解度有限溶解度有限。形成条件：只有溶质原子与溶剂原子的直径形成条件：只有溶质原子与溶剂原子的直径之比小于之比小于0.59时，才会形成间隙固溶体时，才会形成间隙固溶体通常，由原子直径很小的碳、氮、氢、硼、通常，由原子直径很小的碳、氮、氢、硼、氧等非金属元素溶入过渡族金属元素的晶格氧等非金属元素溶入过渡族金属元素的晶格间隙中而形成。间隙中而形成。14置换固溶体的特点置换固溶体的特点溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体。成的固

8、溶体。形成条件：溶剂与溶质原子尺寸相近，直径形成条件：溶剂与溶质原子尺寸相近，直径差别较小，容易形成置换固溶体。差别较小，容易形成置换固溶体。置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为有规则的排列，称为有序固溶体。有规则的排列，称为有序固溶体。15固溶体的溶解度固溶体的溶解度浓度浓度：溶质原子在固溶体中所占的百分比溶质原子在固溶体中所占的百分比溶解度溶解度：在一定条件下的极限浓度：在一定条件下的极限浓度置换固溶体中，影响溶解度置换固溶体中，影响溶解度的因素有原子的因素有原子尺寸、晶格类

9、型、电化学性质以及电子浓度等。尺寸、晶格类型、电化学性质以及电子浓度等。16间隙固溶体与置换固溶体的比较间隙固溶体与置换固溶体的比较晶格畸变晶格畸变有限固溶与无限固溶有限固溶与无限固溶固溶强化固溶强化形成条件不同形成条件不同17按照溶质原子在溶剂晶格中的规律可分为：按照溶质原子在溶剂晶格中的规律可分为： (1)有序固溶体 这种结合近似于化合物，可以用化学式子表示，如cuAu、Cu3Au、Fe3Al等。 有序化对合金的机械性能和物理性能有一定的影响，如提高合金的屈服强度和硬度，提高合金的导电性等。 (2)无序固溶体第18页固溶体的晶体结构特点固溶体的晶体结构特点保持溶剂金属的晶体结构类型；保持溶

10、剂金属的晶体结构类型；成分可以在或大或小的范围内变化；成分可以在或大或小的范围内变化；由于溶质原子的加入，使晶格点阵发生畸变，由于溶质原子的加入，使晶格点阵发生畸变，周围原子离开平衡位置，不可避免地引起溶周围原子离开平衡位置，不可避免地引起溶剂晶格常数发生变化。剂晶格常数发生变化。19固溶体的性能固溶体的性能202.2.金属化合物金属化合物金属化合物金属化合物：合金组元相互作用形成的晶格：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相类型和特性完全不同于任一组元的新相, 又称又称中间相中间相。一般可用分子式大致表示其组成。一般可用分子式大致表示其组成。特点：具有复杂的晶格、熔点较

11、高、硬而脆。特点：具有复杂的晶格、熔点较高、硬而脆。合金中含有金属化合物时，强度、硬度和耐磨合金中含有金属化合物时，强度、硬度和耐磨性提高性提高,，而塑性和韧性降低。，而塑性和韧性降低。21金属间化合物的分类金属间化合物的分类根据金属化合物的形成规律及结构特点，可根据金属化合物的形成规律及结构特点，可将其分为三大类型：将其分为三大类型： 正常价化合物正常价化合物 电子化合物电子化合物 间隙化合物：间隙相、间隙化合物间隙化合物：间隙相、间隙化合物22正常价化合物正常价化合物定义定义：严格遵守化合价规律的化合物：严格遵守化合价规律的化合物形成形成：由元素周期表中相距较远、电负性相：由元素周期表中相

12、距较远、电负性相差较大的元素组成，成分固定、可用化学式差较大的元素组成，成分固定、可用化学式表示。例如，大多数金属和表示。例如，大多数金属和AA族、族、族、族、AA族元素生成族元素生成MgMg2 2SiSi、MgMg2 2PbPb、MgMg2 2SnSn、CuCu2 2SeSe、ZnSZnS、AlPAlP及及-SiC-SiC等。等。性能特点性能特点：硬度高、脆性大。：硬度高、脆性大。23电子化合物电子化合物定义定义：不遵守化合价规律但符合一定电子浓：不遵守化合价规律但符合一定电子浓度（化合物中价电子数与原子数之比）的化度（化合物中价电子数与原子数之比）的化合物。合物。形成形成：由：由BB族或过

13、渡族元素与族或过渡族元素与BB族、族、AA族、族、AA族、族、AA族元素所组成。族元素所组成。性能特点性能特点：主要以金属键结合：主要以金属键结合, , 具有明显的具有明显的金属特性金属特性, , 可以导电。熔点和硬度较高，塑可以导电。熔点和硬度较高，塑性较差。性较差。24电子化合物的结构特点电子化合物的结构特点电子浓度和晶体结构具有一定的对应关系，电子浓度和晶体结构具有一定的对应关系，且成分可变，可形成以电子化合物为基的固溶且成分可变，可形成以电子化合物为基的固溶体。体。生成这种合金相时生成这种合金相时, 元素的每个原子所贡献元素的每个原子所贡献的价电子数的价电子数Au、Ag、Cu为为1个个

14、, Be、Mg、Zn为为2个个, Al为为3个个, Fe、Ni为为0个。个。25间隙化合物间隙化合物定义定义：由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼：由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物。等原子半径较小的非金属元素形成的化合物。性能特点性能特点：很高的熔点和极高的硬度，十分：很高的熔点和极高的硬度，十分稳定。稳定。结构特点结构特点：尺寸较大的过渡族元素原子占据：尺寸较大的过渡族元素原子占据晶格的结点位置，非金属小原子则有规则地嵌晶格的结点位置，非金属小原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。根据结构特点，又分为间入晶格的间隙之中。根据结构特点，又分为间隙相和复杂结构的间隙

15、化合物两种。隙相和复杂结构的间隙化合物两种。26间隙相间隙相形成条件形成条件：非金属原子半径与金属原子半：非金属原子半径与金属原子半径之比小于径之比小于0.59，具有简单晶格结构。，具有简单晶格结构。特点特点：具有金属特性，极高的熔点和硬度：具有金属特性，极高的熔点和硬度, 非常稳定。非常稳定。它们的合理存在，可有效地提高钢的强度、它们的合理存在，可有效地提高钢的强度、热强性、红硬性和耐磨性，是高合金钢和硬热强性、红硬性和耐磨性，是高合金钢和硬质合金中的重要组成相。质合金中的重要组成相。27间隙化合物间隙化合物形成条件形成条件：非金属原子半径与金属原子半：非金属原子半径与金属原子半径之比大于径

16、之比大于0.59时，具有复杂结构。如钢中的时，具有复杂结构。如钢中的Fe3C、Cr23C6、Fe4W2C、Cr7C3、Mn3C等。等。特点特点：具有很高的熔点和硬度：具有很高的熔点和硬度, 但比间隙相但比间隙相稍低些稍低些, 在钢中也起强化相作用。在钢中也起强化相作用。28合金组元形成晶格类型与任一组元都合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相不相同的新相29组织（显微组织）组织（显微组织）指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌组织由相构成，组织由相构成，观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。观察时应分析相的形态、数量、大小和分布

17、方式。金属材料性能由组织决定，金属材料性能由组织决定，而组织由化学成分和工艺过程决定。而组织由化学成分和工艺过程决定。302.2 合金的结晶合金的结晶相图：描述合金系的状态、温度、压力及成分相图：描述合金系的状态、温度、压力及成分之间关系的一种图解，又称状态图。之间关系的一种图解，又称状态图。反映不同成分的材料在不同温度下的相状态、反映不同成分的材料在不同温度下的相状态、组织状态及温度变化时可能发生的变化。组织状态及温度变化时可能发生的变化。用途：在生产中，相图可以作为制定金属材料用途：在生产中，相图可以作为制定金属材料熔炼、铸造、锻造和热处理等工艺规程的重要熔炼、铸造、锻造和热处理等工艺规程

18、的重要依据。依据。31一、一、二元合金相图的建立二元合金相图的建立在常压下，二元合金的相状态决定于温在常压下，二元合金的相状态决定于温度和成分。因此二元合金相图是一个以温度度和成分。因此二元合金相图是一个以温度为纵坐标，合金成份为横坐标的平面图形。为纵坐标，合金成份为横坐标的平面图形。到目前为止，几乎所有的合金相图都是到目前为止，几乎所有的合金相图都是通过实验方法得到的。建立相图最常用的实通过实验方法得到的。建立相图最常用的实验方法是热分析法。验方法是热分析法。32热分析法热分析法 时间温度凝固开始凝固终了LL+SS33二、二、 二元匀晶相图二元匀晶相图二元匀晶相图：两组元在液态、固态均能无二

19、元匀晶相图：两组元在液态、固态均能无限互溶的二元合金系所形成的相图。如限互溶的二元合金系所形成的相图。如Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni、W-Mo、Cr-Mo等。等。匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程特点：匀晶相图中任意成分合金在冷却过程特点：匀晶相图中任意成分合金在冷却过程中发生单相固溶体的凝固过程。中发生单相固溶体的凝固过程。34铜铜- -镍合金匀晶相镍合金匀晶相图图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

20、线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区 相图分析相图分析( (点、线、区点、线、区) ) 两点：纯组元的熔点两点：纯组元的熔点 两线：两线：L, SL, S相线相线 三区：三区：L, , L+L, , L+。352 2、合金的结晶过程、合金的结晶过程平衡结晶平衡结晶 形核和晶粒的长大形核和晶粒的长大能量起伏能量起伏 、结构起伏、成分起伏、结构起伏、成分起伏L +L固溶体合金在平衡结晶过程中，固相成分固溶体合金在平衡结晶过程中，固相成分沿固相线变化，液相成分沿液相线变化沿固相线变化，液相成分沿液相线变化36匀晶转变的特点匀晶转变的特点。37LL3 3、杠杆定律及其应用、杠杆定律及其应用设

21、合金成分为设合金成分为 ，合金的总质量为合金的总质量为m m，在在T T温度时，固相成分温度时，固相成分 ，液液相成分相成分 L L，对应的质量对应的质量 m m ，m mL LmmmmmmLLLabbcmmLLacabmmacbcmmLacabmmacbcmmL注意：杠杆定律只适用注意：杠杆定律只适用于于两相区两相区;三点三点要找准要找准38例：求例：求30%30%NiNi合金在合金在1280 1280 时时 相的相对量相的相对量CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ ac30a1b1c11280 C解：作成分线和解

22、：作成分线和温度线如图。温度线如图。6618根据杠杆定律推根据杠杆定律推论，论， Q Q / / Q Q= = a a1 1b b1 1 /a/a1 1c c1 1 =12/48=1/4=12/48=1/4答：所求答：所求合金在合金在1280 1280 时时 相的相的相对质量为相对质量为1/41/4。39例：固溶体合金的相图如图所示，例：固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：试根据相图确定： (a)(a)成分为成分为40%B40%B的合金首先凝的合金首先凝固出来的固体成分；固出来的固体成分；(b)(b)若首先凝固出来的固体成分若首先凝固出来的固体成分含含60%B60%B，合金的成分为多，合

23、金的成分为多少？少？(c)(c)成分为成分为70%B70%B的合金最后凝的合金最后凝固的液体成分；固的液体成分；(d )(d )合金成分为合金成分为50%B50%B，凝固到，凝固到某温度时液相含有某温度时液相含有40%B40%B，固体含有固体含有80%B80%B，此时液体，此时液体和固体各占多少分数？和固体各占多少分数？ 40杠杆定律杠杆定律杠杆定律是确定状态图中两相区内两平衡相的杠杆定律是确定状态图中两相区内两平衡相的成分和相对重量的重要工具成分和相对重量的重要工具由杠杆定律可算出合金中平衡两相的相对质量由杠杆定律可算出合金中平衡两相的相对质量（即质量分数）（即质量分数）二元合金系，杠杆定律

24、只适用于相图中的两相二元合金系，杠杆定律只适用于相图中的两相区区, 且只能在平衡状态下使用。杠杆的两个端且只能在平衡状态下使用。杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点点为给定温度时两相的成分点, 而支点为合金而支点为合金的成分点。的成分点。414 4、合金的不平衡结晶与树枝状偏析、合金的不平衡结晶与树枝状偏析 由于冷却速度较快，合金在结晶过程中，无由于冷却速度较快，合金在结晶过程中，无论固相或液相中的原子都来不及充分扩散，这论固相或液相中的原子都来不及充分扩散，这种结晶过程称为不平衡结晶。种结晶过程称为不平衡结晶。 由于各层之间的原子来不及扩散，这种成分由于各层之间的原子来不及扩散，这种成分不

25、均匀现象可保持到结晶完毕，直至室温，这不均匀现象可保持到结晶完毕，直至室温，这种现象叫枝晶偏析或树枝状偏析。种现象叫枝晶偏析或树枝状偏析。由于一个枝晶形成一个晶粒，也叫晶内偏析。由于一个枝晶形成一个晶粒，也叫晶内偏析。消除方法：扩散退火消除方法：扩散退火42平衡组织平衡组织枝晶偏析组织枝晶偏析组织43三、三、 二元共晶相图二元共晶相图二元共晶相图：两组元在液态无限互溶，固二元共晶相图：两组元在液态无限互溶，固态有限互溶或完全不互溶，且冷却过程中发生共态有限互溶或完全不互溶，且冷却过程中发生共晶反应的二元合金系所形成的相图。如晶反应的二元合金系所形成的相图。如Pb-SnPb-Sn、Cu-AgCu

26、-Ag、Al-AgAl-Ag、Al-SiAl-Si、Pb-BiPb-Bi等。等。共晶转变共晶转变：由一个液相同时结晶出两种成分：由一个液相同时结晶出两种成分不同的固相（共晶体）的过程。不同的固相（共晶体）的过程。44（一）简单共晶相图v简单共晶相图是指：两组元在液态下能完全简单共晶相图是指：两组元在液态下能完全互溶，在固态下彼此互不溶解的共晶相图。互溶，在固态下彼此互不溶解的共晶相图。如下图如下图bv属于简单共晶相图的有属于简单共晶相图的有Be-Si、Cd-Bi等二元等二元合金。合金。45（二）一般的二元共晶相图（二）一般的二元共晶相图46。47PbSnSn%T, C液相线液相线L固相线固相线

27、 + L + L + 固溶线固溶线 固溶线固溶线 1. 1.相图分析（相图三要素）相图分析（相图三要素）共晶线共晶线48液相线：液相线：AEBAEB固相线：固相线：AMENBAMENB共晶线：共晶线：MENMENMFMF是是SnSn在在相中的溶解度线，相中的溶解度线，NGNG是是PbPb在在中的溶解度线。中的溶解度线。49二元共晶反应二元共晶反应 共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应。两种固相的反应。 LEMN共晶点、共晶线、共晶反应温度共晶点、共晶线、共晶反应温度共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金502. 2.共

28、晶转变分析共晶转变分析PbSnT, CL + L + L + 共晶反应线共晶反应线表示从表示从M点到点到N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。MN共晶点共晶点表示表示E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。ELE M + N无论从何处开始无论从何处开始,体系点达到共晶线体系点达到共晶线液相组成达到液相组成达到E点点51共晶反应要点共晶反应要点 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

29、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。PbSnT, CL + L + L + MNE52共晶合金的结晶过程共晶合金的结晶过程结晶过程中发生共晶反应结晶过程中发生共晶反应室温下的相为：室温下的相为： +室温下的组织为：室温下的组织为：共晶体共晶体 （+）53v=EN/MN*100%v=ME/MN*100%v图中黑色的图中黑色的固溶体和白色的固溶体和白色的固溶体呈相固溶体呈相间分布；间分布；54共晶组织形态共晶组织形态针状共晶针状共晶树枝状共晶树枝状共晶放射状共晶

30、放射状共晶螺旋状共晶螺旋状共晶55亚共晶合金的结晶过程亚共晶合金的结晶过程 结晶过程中先后发生匀晶、共结晶过程中先后发生匀晶、共晶反应及二次相的析出过程。晶反应及二次相的析出过程。 室温下的相为：室温下的相为： + 室温下的组织为：室温下的组织为： +（+）+ 黑色树枝状为初晶黑色树枝状为初晶固溶体，黑固溶体，黑白相间的为（白相间的为（+）共晶体，初）共晶体，初晶晶内的白色小颗粒为内的白色小颗粒为固溶体固溶体56过共晶合金的结晶过程过共晶合金的结晶过程 结晶过程中先后发生匀晶、结晶过程中先后发生匀晶、共晶反应及二次相的析出过程。共晶反应及二次相的析出过程。室温下的相为：室温下的相为： +室温下

31、的组织为：室温下的组织为：+（+）+ 图中亮白色卵形为初晶图中亮白色卵形为初晶固溶体，固溶体，黑白相间分布的为（黑白相间分布的为（+）共晶）共晶体，初晶体，初晶内的黑色小颗粒是内的黑色小颗粒是固溶体固溶体57 Pb-Sn合金相图的组织特点合金相图的组织特点Pb-Sn合金结晶的产物只有合金结晶的产物只有和和两相（两种两相（两种结构形式），称为结构形式），称为相组成物相组成物。但不同方式析出的但不同方式析出的和和相具有不同的特征，相具有不同的特征，上述各合金结晶所得的上述各合金结晶所得的、及共晶及共晶（+），在显微镜下可以看到各具有一定的组），在显微镜下可以看到各具有一定的组织特征，它们称为织特征

32、，它们称为组织组成物组织组成物。按组织来填写的相图与显微镜下看到的金相按组织来填写的相图与显微镜下看到的金相组织是一致的。组织是一致的。58 3 3 合金的平衡结晶及其组织合金的平衡结晶及其组织 （以（以Pb-SnPb-Sn相图为例）相图为例）（1 1）Wsn2Wsn2的合金的合金 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.59

33、(2)X1合金结晶过程分析（合金结晶过程分析（ 2 Wsn19 ）MNfgX1T, CtL L LL+ 冷却曲线冷却曲线 + 1234PbSnT, CL + L + L + 183E60(3)X2合金结晶过程分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 + 183MNE(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein u

34、nder license.(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, In

35、c. Thomson Learning is a trademark used herein under license.61(4)X3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 + 183MNEL+( + )+ (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.6263按组织组成物填写的按组织组成物填写的

36、Pb-Sn相图相图64Pb-Sn合金组织组成物在相图上的标注65比重偏析：亚共晶或过共晶合金结晶时，比重偏析：亚共晶或过共晶合金结晶时，由于由于而引起而引起的偏析，也称区域偏析。的偏析，也称区域偏析。预防措施：加快铸件冷却速度，使偏析相预防措施：加快铸件冷却速度，使偏析相来不及上浮或下沉；搅拌；加入高熔点元素，来不及上浮或下沉；搅拌；加入高熔点元素，使之形成树枝状骨架悬浮于液相中，阻止偏使之形成树枝状骨架悬浮于液相中，阻止偏析相的上浮或下沉。析相的上浮或下沉。664. 二元包晶相图二元包晶相图二元包晶相图二元包晶相图：两组元在液态无限互溶，固：两组元在液态无限互溶，固态有限互溶或完全不互溶，且

37、冷却过程中发生包态有限互溶或完全不互溶，且冷却过程中发生包晶反应的二元合金系所形成的相图。如晶反应的二元合金系所形成的相图。如Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb等。等。包晶转变包晶转变：由先结晶出的固相和剩余液相相：由先结晶出的固相和剩余液相相互作用，形成另一种成分不同的固相的过程。互作用，形成另一种成分不同的固相的过程。67 相图分析相图分析液相线：液相线：adb固相线：固相线：acegcf是是Ag在在相中相中的溶解度线，的溶解度线，eg是是Pt在在中的溶解度线。中的溶解度线。68二元包晶反应二元包晶反应 包晶反应：先析相和剩余液相在恒温下发包晶反应：先析相和剩余液相在恒温下发生反应，生成一

38、种新固相的反应。生反应，生成一种新固相的反应。 c Lde包晶点、包晶线、包晶点、包晶线、包晶反应温度包晶反应温度69平衡结晶过程平衡结晶过程70v合金的结晶过程合金的结晶过程v 包晶成分合金：匀晶包晶成分合金：匀晶包晶包晶二次析出。二次析出。v室温组织为室温组织为 + IIv II出现的原因是因为溶解度随温度的变化而减小出现的原因是因为溶解度随温度的变化而减小71v PD成分成分合金：匀晶合金：匀晶包晶包晶二次析出。二次析出。v室温组织为室温组织为 +II+ + II时间温度72v DC成分成分合金：匀晶合金：匀晶包晶包晶匀晶匀晶二次析出二次析出v室温组织为室温组织为 + II。时间温度73

39、包晶偏析包晶偏析由于包晶转变不由于包晶转变不能充分进行而产生的能充分进行而产生的化学成分不均匀的现化学成分不均匀的现象。象。74共晶转变和包晶转变的区别共晶转变和包晶转变的区别1.反应式不同反应式不同；2.图形形式不同；图形形式不同；3.共晶反应温度是合金的最低凝固温度，而共晶反应温度是合金的最低凝固温度，而包晶反应温度不是合金的最低凝固温度；包晶反应温度不是合金的最低凝固温度；4.产物形式不同。产物形式不同。75具有共析反应的二元合金相图具有共析反应的二元合金相图共析反应：一定成共析反应：一定成分的固相，在一定温分的固相，在一定温度下，同时析出两种度下，同时析出两种化学成分和晶格结构化学成分

40、和晶格结构完全不同的新固相。完全不同的新固相。76三相平衡线的图形特征及性质三相平衡线的图形特征及性质77二元合金相图的总结v相图中的每点都代表某一成分的合金在某一相图中的每点都代表某一成分的合金在某一温度的状态温度的状态v两个单相区之间必有一个两相区，并由这两两个单相区之间必有一个两相区，并由这两相组成相组成v两个两相区之间必定是以单相区或三相区两个两相区之间必定是以单相区或三相区（水平线）隔开（水平线）隔开v水平线必定是三相平衡水平线必定是三相平衡v各种反应式各种反应式782.3合金的性能与相图的关系合金的性能与相图的关系合金的性能取决于合金的化学成分和组织合金的性能取决于合金的化学成分和组织合金的化学成分与组织间的关系体现在合合金的化学成分与组织间的关系体现在合金相图上金相图上故合金相图与合金的性能之间必然存在着故合金相图与合金的性能之间必然存在着一定的联系。一定的联系。 79相图与性能的关系相图与性能的关系1. 1. 合金