第三章二元合金的相结构与结晶

1、第三章第三章 二元合金的相结构与结晶二元合金的相结构与结晶3-1 合金中的相3-2 合金的相结构3-3 二元合金相图的建立3-4 匀晶相图及固溶体的结晶3-5 共晶相图及其合金的结晶3-6 包晶相图及其合金的结晶3-7 其它类型的合金相图3-8 二元相图的分析及使用L3-5 3-5 共晶相图及其合金的结晶共晶相图及其合金的结晶P84 P84 共晶转变：共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变。成分固相的转变。共晶相图：具有共晶转变特征的相图。（液态无限共晶相图：具有共晶转变特征的相图。（液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应互溶

2、、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应) 共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物） 如：如：PbSn，PbSb，AgCu，PbBi等等L+L+L+液相线液相线液相线液相线固相线固相线固相线固相线固溶线固溶线固溶线固溶线点点：纯组元熔点纯组元熔点A,B；最大溶解度点最大溶解度点M,N；共晶点共晶点E液相线液相线固相线固相线PbSn合金相图合金相图一 、相图分析（相图三要素）、相图分析（相图三要素）区：区：3个单相区；个单相区；3个两相区；个两相区；1个三相区个三相区线：液相线、固相线；共晶线；溶解度曲线。线：液相线、固相线；共晶线；溶解度曲线。液相线液相

3、线固相线固相线线条线条液相线液相线 AEB固相线固相线 AMNB共晶线共晶线 MEN溶解度曲线：溶解度曲线： MF、NGMF Sn 在在Pb中的溶解度曲线中的溶解度曲线NG Pb 在在Sn中的溶解度曲线中的溶解度曲线相：相：相：相：Sn 溶于溶于Pb中的固溶体中的固溶体Pb 溶于溶于Sn中的固溶体中的固溶体三个单相区三个单相区 L 、 、 三个两相区三个两相区 L、 L 、 三相区三相区L （MEN线）线）区：区：3个单相区；个单相区；3个两相区；个两相区；1个三相区个三相区PbSn合金相图合金相图NMtEEL共晶转变共晶转变 F=C-P+1F=2-3+1=0共晶组织：共晶组织：共晶点：共晶点

4、：共晶温度：共晶温度：共晶合金：共晶合金：亚共晶合金：亚共晶合金：过共晶合金：过共晶合金：MN之间之间E（一）（一）WsWsn n1919的合金的合金（合金合金）LL 图图3-35 Wsn19的合金的平衡结晶过程的合金的平衡结晶过程冷却曲线冷却曲线Sn10合金的显微组织合金的显微组织二、典型合金的平衡结晶及其组织二、典型合金的平衡结晶及其组织合金合金的冷却曲线及结晶过程示意图的冷却曲线及结晶过程示意图 脱溶脱溶匀晶转变匀晶转变斜率？斜率？二元合金冷却曲线的特征：二元合金冷却曲线的特征： 在单相区和两相区冷却曲线为一在单相区和两相区冷却曲线为一斜线斜线。 由一个相区进入另一相区时，冷由一个相区进

5、入另一相区时，冷却曲线出现却曲线出现拐点拐点 ： 由相数少的相区进入相数多的相由相数少的相区进入相数多的相区曲线区曲线向右拐向右拐； 由相数多的相区进入相数少的相由相数多的相区进入相数少的相区曲线区曲线向左拐向左拐。 发生三等温转变时，冷却曲线呈发生三等温转变时，冷却曲线呈一一水平台阶水平台阶。4脱溶（二次结晶）：脱溶（二次结晶）：由固溶体中析出另一个固相的过由固溶体中析出另一个固相的过程；过饱和固溶体的分解过程。程；过饱和固溶体的分解过程。脱溶相（二次相；次生相）脱溶相（二次相；次生相）初晶相：初晶相： 直接从液相结晶出的相，直接从液相结晶出的相，如如 、（一）（一）WsWsn n1919的

6、合金（合金的合金（合金）相的溶解度液随温度的降低，相的溶解度液随温度的降低，沿着沿着NG线变化线变化相的溶解度随温度的降低，相的溶解度随温度的降低，沿着沿着MF线变化线变化Sn10合金的显微组织合金的显微组织 相组成物：相组成物： 组织组成物：组织组成物： 组织组成物组织组成物和和的相对量：的相对量： % = 4G/FG100% % = F4/FG100%4相组成物相组成物相对量：相对量： 组织组成物与相组成物相对量计算：组织组成物与相组成物相对量计算：在显微镜下能清楚区分开，是组成显微组织的独立部分。在显微镜下能清楚区分开，是组成显微组织的独立部分。 （一）（一）WsWsn n1919的合金

7、（合金的合金（合金）Sn10合金的显微组织合金的显微组织室温；合金室温；合金 % = 4G/FG100% % = F4/FG100% （二）共晶合金（合金（二）共晶合金（合金）L（） （ ）图图3-35 共晶共晶合金的平衡结晶过程合金的平衡结晶过程冷却曲线冷却曲线合金的显微组织合金的显微组织共晶团共晶团 组织组成物组织组成物( () ) ； 相组成物相组成物+ 共晶线上两相的相对量计算共晶线上两相的相对量计算%4 .45%100195 .979 .615 .97%100MNENwM%6 .54%100195 .97199 .61%100MNMEwN领先相？领先相？（二）共晶合金（合金（二）共晶

8、合金（合金）合金的显微组织合金的显微组织E （三）亚共晶合金（合金（三）亚共晶合金（合金）冷却曲线冷却曲线L L（） （） 图图3-41亚共晶合金的平衡结晶过程亚共晶合金的平衡结晶过程 组织组成物组织组成物+（+）+ 相组成物相组成物+ 计算组成物相对量。计算组成物相对量。 （三）亚共晶合金（合金（三）亚共晶合金（合金）3？共晶转变后共晶转变后和和(+)共共的相对量：的相对量： II Sn50合金的显微组织合金的显微组织共晶转变前共晶转变前和和L的相对量的相对量: 室温下的相室温下的相和和的相对量：的相对量： % = 3G / FG100% = F3 / FG100% = E2 / EM100

9、% L% = M2 / EM100% 如：含锡量为如：含锡量为30%30%的亚共晶合金在的亚共晶合金在183183共晶转变结束后，共晶转变结束后，先共晶先共晶 相和相和(+ )(+ )相的含量相的含量 如：含锡量为如：含锡量为30%30%的亚共晶合金在的亚共晶合金在183183共晶转变结束后，共晶转变结束后， 相的百分含量相的百分含量( (+ +) )2 2E E6 61 1. . 9 9- - 3 30 0w w= =1 10 00 0% % = = = 7 74 4. . 4 4% %M M E E6 61 1. . 9 9- - 1 19 92 2M M3 30 0- - 1 19 9w

10、 w= =1 10 00 0% % = = = 2 25 5. . 6 6% %M M E E6 61 1. . 9 9- - 1 19 92N97. 5- 302N97. 5- 30w=w=100% = 86%100% = 86%M N97. 5- 19M N97. 5- 19M 230- 19M 230- 19w=w=100% = 14%100% = 14%M N97. 5- 19M N97. 5- 19（三）亚共晶合金（合金（三）亚共晶合金（合金） ( (四四) )过共晶合金过共晶合金(合金合金)L L+ （+）+ +（+） 过过共晶共晶合金的平衡结晶过程合金的平衡结晶过程冷却曲线冷却曲

11、线 组织组成物组织组成物（） 相组成物相组成物+ 计算室温组织相对量和共晶线上两相的相对量计算室温组织相对量和共晶线上两相的相对量合金的显微组织合金的显微组织II(+)（四）过共晶合金（四）过共晶合金(合金合金) 共晶转变完成后，共晶线上两相的相对量计算共晶转变完成后，共晶线上两相的相对量计算 共晶转变完成后，共晶转变完成后，组织组成物百分含量计算组织组成物百分含量计算2N97. 5- 702N97. 5- 70w=w=100% =100% =M N97. 5- 19M N97. 5- 19M 270- 19M 270- 19w=w=100% =100% =M N97. 5- 19M N97.

12、 5- 19？（四）过共晶合金（四）过共晶合金(合金合金) 组织组成物之间的差别主要在形态。如组织组成物之间的差别主要在形态。如 、 和共晶和共晶 的结的结构成分相同，属同一个相，但形态不同，属不同的组织组成物构成分相同，属同一个相，但形态不同，属不同的组织组成物Pb-Sn亚共晶组织亚共晶组织合金的显微组织合金的显微组织组织组成物在相图上的标注组织组成物在相图上的标注（一）伪共晶（一）伪共晶 伪共晶伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的共晶组织。由非共晶成分的合金所得到的共晶组织。 形成原因：不平衡结晶；成分位于共晶点附近。形成原因：不平衡结晶；成分位于共晶点附近。 伪共晶区伪共晶区：形成全部形成

13、全部伪共晶组织的成分和温度范围伪共晶组织的成分和温度范围 共晶点附近成分的合金容易形成伪共晶共晶点附近成分的合金容易形成伪共晶 不平衡组织不平衡组织：不稳定组织不稳定组织（在平衡相图中不出现的组织）（在平衡相图中不出现的组织）三、不平衡结晶及其组织三、不平衡结晶及其组织共晶组织中与先共晶相相同的相依附于先共共晶组织中与先共晶相相同的相依附于先共晶相上生长；另一相单独存在于晶界处，失晶相上生长；另一相单独存在于晶界处，失去共晶组织特征去共晶组织特征 消除消除：扩散退火扩散退火（二）（二）离异共晶离异共晶两相分离的共晶组织两相分离的共晶组织三、不平衡结晶及其组织三、不平衡结晶及其组织形成条件：形成条件：在先共晶相数量较多，共晶组在先共晶