材料科学导论-第7章2

1、 两组元两组元A A、B B，在液态可无限互溶，在液态可无限互溶 固态只能部分互溶固态只能部分互溶 甚至完全不溶。甚至完全不溶。 两组元的混合物使合金的熔点比各组元低，两组元的混合物使合金的熔点比各组元低， 液相线从两端纯组元向中间凹下液相线从两端纯组元向中间凹下, ,两条液相线的交两条液相线的交点所对应的温度称为共晶温度。点所对应的温度称为共晶温度。2. 2. 共晶相图共晶相图( (Eutectic phase diagram Eutectic phase diagram ) ) 具有一个低共熔点的相图具有一个低共熔点的相图简单共晶相图简单共晶相图L LA+BA+BA AB BL+AL+AL

2、+BL+Bw wB B% %两组元完全不溶两组元完全不溶典型二元共晶相图典型二元共晶相图有限互溶有限互溶1）相图分析）相图分析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固溶线固溶线固溶线固溶线固溶线固溶线 B B原子溶入原子溶入A A基体中形成的固溶体基体中形成的固溶体 A A原子溶入原子溶入B B基体中形成的固溶体基体中形成的固溶体固溶线，固溶度曲线：反映不同温度时的溶解度变固溶线，固溶度曲线：反映不同温度时的溶解度变化。化。L+L+L+共晶转变共晶转变？ 二、发生共晶反应的合金的结晶 Pb-SnPb-Sn、Al-SiAl-Si、Ag-CuAg-Cu

3、合金具有共晶相图。合金具有共晶相图。 Pb-SnPb-Sn合金相图中有三个单相区合金相图中有三个单相区: : L L：PbPb与与SnSn形成的液溶体形成的液溶体 ：SnSn溶于溶于PbPb中的有限固溶体中的有限固溶体 ：PbPb溶于溶于SnSn中的有限固溶体中的有限固溶体 三个双相区：三个双相区：L+L+、L L+、+ 一条一条L+L+三相共三相共存线存线( (水平线水平线cdecde ) )。 这种相图称这种相图称共晶相图共晶相图。Pb-Sn合金相图合金相图 d d点为点为共晶点共晶点, , 表示表示d d点成分点成分( (共晶成分共晶成分) )的液相的液相合金冷却到合金冷却到d d点温度

4、点温度( (共晶温度共晶温度) )时时, , 共同结晶出共同结晶出c c点点成分的成分的相和相和e e 点成分的点成分的 相。相。 L Ld d(c c+e e) ) 共晶反应：共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出两种一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应，生成的两相固相的反应，生成的两相混合物叫混合物叫共晶体共晶体。 发生共晶反应时三发生共晶反应时三相共存相共存, , 三相各自成分三相各自成分确定确定, , 恒温进行。恒温进行。 Pb-Sn合金相图合金相图 水平线水平线cdecde为共晶反应线为共晶反应线, , 成分在成分在cece之间的合之间的合金平衡结晶时都会发生共晶反应。金平衡结晶时

5、都会发生共晶反应。 cfcf 线线为为SnSn在在PbPb中的溶解度线中的溶解度线(相的固溶线相的固溶线) )。SnSn含量大于含量大于f f点的合金从高温冷却到室温时点的合金从高温冷却到室温时, , 从从相中析出相中析出相，叫二次相，叫二次：IIII。 egeg线线为为PbPb在在SnSn中中溶解度线。溶解度线。SnSn含量小含量小g g点的合金点的合金, , 冷却过程冷却过程中同样发生二次结晶中同样发生二次结晶, , 析出二次析出二次。 1. 1. 合金合金I I的平衡结晶过程的平衡结晶过程 合金室温组织为合金室温组织为+IIII 。 其组成相是：其组成相是：f f点成分的点成分的相相 g

6、 g点成分的点成分的相相。 运用杠杆定律运用杠杆定律, , 两相的质量分数为：两相的质量分数为： 组织组成物可以是单相组织组成物可以是单相, , 或是两相混合物。或是两相混合物。组织组成物组织组成物 合金组织中那些具有合金组织中那些具有确定本质确定本质, , 一定形成机制的特殊一定形成机制的特殊形态的组成部分形态的组成部分。 合金合金I I的室温组织为的室温组织为+IIII 组织由组织由和和II II 二部分组成二部分组成, , 和和IIII为组织组成物。为组织组成物。 组织组成物组织组成物和和IIII 都为单相组成都为单相组成, , 所所以组织组成物以组织组成物、IIII的质量分数与组成相的

7、质量分数与组成相、的质量分数相等。的质量分数相等。 2. 2. 合金合金II(II(共晶合金共晶合金) )的结晶过程的结晶过程 合金的室温组织：合金的室温组织：共晶体共晶体(+)(+) 组织组成物：组织组成物：(+)(+) 组成相：组成相：和和相相共晶合金组织的形态共晶合金组织的形态 3. 3. 合金合金(亚共晶合金亚共晶合金) )的结晶过程的结晶过程 合金室温组织：合金室温组织：初生初生+二次二次+(+)+(+) 组织组成物：组织组成物：、二次、二次、(+)(+) 组成相：组成相：、 组成相组成相的质量分数为：的质量分数为： 过共晶合金过共晶合金( (合金合金)： 位于共晶点右边位于共晶点右

8、边, , 成分在成分在 dede之间的合金。之间的合金。 练习：练习：分析过共晶合金的结晶过程。分析过共晶合金的结晶过程。 过共晶合金过共晶合金室温组织为室温组织为: : 初生初生+二次二次+(+)+(+)亚共晶合金组织亚共晶合金组织 过共晶合金组织过共晶合金组织 亚共晶合金和过共晶合金组织亚共晶合金和过共晶合金组织初生初生+二次二次+(+)+(+) 初生初生+二次二次+(+)+(+)2）共晶合金的平衡凝固）共晶合金的平衡凝固合金合金的冷却曲线及结晶过程的冷却曲线及结晶过程 亚共晶合金的冷却曲线及结晶亚共晶合金的冷却曲线及结晶 CdCd-Bi-Bi二元相图二元相图Pb-Sn相图相图分析实例分析

9、实例分析实例w wSnSn19%19%的合金的合金二次相或次生相二次相或次生相IIII%08. 0%1002100210%10010fgfwII共晶合金共晶合金%4 .45%100195 .979 .615 .97%100cdedw%6 .54%100195 .97199 .61%100cdcew（a a）含）含40%Sn40%Sn的合金在的合金在230230时。时。（b b）含）含40%Sn40%Sn的合金刚冷却到的合金刚冷却到183183时。时。（c c）含）含40%Sn40%Sn的合金刚冷却到的合金刚冷却到183183以下时。以下时。48153）非平衡凝固）非平衡凝固 三、发生包晶反应的

10、合金的结晶 Pt-AgPt-Ag、Ag-SnAg-Sn、Sn-SbSn-Sb合金具有包晶相图。合金具有包晶相图。Pt-Ag合金相图合金相图 Pt-Ag Pt-Ag合金相图中合金相图中存在三种相存在三种相: : L L相相: :PtPt与与AgAg形成形成的的液溶体液溶体 相相: :AgAg溶于溶于PtPt中的中的有限固溶体有限固溶体 相相: :PtPt溶于溶于AgAg中中的的有限固溶体有限固溶体 e e点点为包晶点。为包晶点。 e e点成分的合金冷却到点成分的合金冷却到 e e点温度点温度( (包晶温度包晶温度) )时发生时发生包晶反应：包晶反应： L+L+ 。 反应时三相共存反应时三相共存,

11、 , 它它们的成分确定们的成分确定, , 恒温进行。恒温进行。 水平线水平线cedced 为包晶反为包晶反应线。应线。 cfcf为为AgAg在在中的溶解中的溶解度线度线, , egeg为为PtPt在在中的溶解中的溶解度线。度线。 2 222点点 c c点成分的点成分的相与相与d d点成分的点成分的L L相相发生包晶反应：发生包晶反应：L+L+ 反应结束反应结束, , L L相与相与相正好全部反应耗尽相正好全部反应耗尽, , 形成形成e e点成分的点成分的固溶体。固溶体。 223 3点点 中析出二次中析出二次 。合金合金I I的结晶过程的结晶过程室温组织室温组织+二次二次组成相组成相 、 3.4

12、 3.4 二元包晶相图二元包晶相图Pt-AgPt-Ag相图相图PDCL包晶反应包晶反应peritecticperitectic reaction reactionL在一定温度下，由一固定成分的液相与一个固定成分的在一定温度下，由一固定成分的液相与一个固定成分的固相作用，生成另一个成分固相的反应，称为包晶反应。固相作用，生成另一个成分固相的反应，称为包晶反应。相图分析相图分析液相线液相线固相线固相线固溶线固溶线结晶过程结晶过程计算包晶反应时的相对含量计算包晶反应时的相对含量%100DCDPwL%100DCPCw4. 4. 其他类型的二元相图其他类型的二元相图1）具有化合物的二元相图）具有化合物的

13、二元相图相图中间存在化合物，故又称相图中间存在化合物，故又称。稳定性：稳定性：稳定化合物稳定化合物和和不稳定化物不稳定化物。稳定化合物是指有确定的熔点，可熔化成与固态相同稳定化合物是指有确定的熔点，可熔化成与固态相同成分液体的化合物，也称为成分液体的化合物，也称为一致熔融化合物一致熔融化合物；不稳定化合物不能熔化成与固态相同成分的液体，当不稳定化合物不能熔化成与固态相同成分的液体，当加热到一定温度时会发生分解，转变为两个相。加热到一定温度时会发生分解，转变为两个相。（1 1）形成稳定化合物的相图）形成稳定化合物的相图 xB0.00.20.40.60.81.015001000s(C)+s(B)l

14、(A+B)t/l(A+B)+s(B)E1500l(A+B)+s(A)Mg(A)Si(B)Mg2Si(C)s(A)+s(C)s(C)+l(A+B)E2l(A+B)*At*Bt1430638650s(C)+ 五、含有稳定化合物的合金的结晶 稳定化合物稳定化合物: :具有一定的化学成分、固定的具有一定的化学成分、固定的熔点熔点, , 熔化前不分解熔化前不分解, , 也不发生其它化学反应。也不发生其它化学反应。 如如:Mg-Si:Mg-Si合金能形成稳定化合物合金能形成稳定化合物MgMg2 2SiSi。 Mg-SiMg-Si合金相图属于含有稳定化合物的相图合金相图属于含有稳定化合物的相图 把稳定化合物

15、看成把稳定化合物看成独立的组元独立的组元, , 相图分成相图分成几个简单相图。几个简单相图。 Mg-SiMg-Si相图可分为相图可分为Mg-MgMg-Mg2 2SiSi和和MgMg2 2Si-SiSi-Si两个相图分析。两个相图分析。含有稳定化合物的相图含有稳定化合物的相图（2 2）形成不稳定化合物的相图）形成不稳定化合物的相图 （3 3）固相中有化合物分解和生成的二元系统相图）固相中有化合物分解和生成的二元系统相图 3 3）具有固态相变的二元相图）具有固态相变的二元相图（1 1）具有固溶体多晶型）具有固溶体多晶型转变的相图转变的相图 四、发生共析反应的合金的结晶 共析相图形状与共晶相图相似。

16、共析相图形状与共晶相图相似。共析相图共析相图 d d 点成分点成分( (共析成分共析成分) )合金合金从液相经过匀晶反应生成从液相经过匀晶反应生成相相, , 冷却到冷却到d d 点温度点温度( (共析温度共析温度) )时时, , 恒温发生恒温发生共析反应共析反应: :(+)(+) 一种固相转变成完全不同一种固相转变成完全不同的两种固相的两种固相. . 共析反应产物两相混合物共析反应产物两相混合物称为称为共析体。共析体。 共析相图中各种成分合共析相图中各种成分合金的结晶过程与共晶相图类金的结晶过程与共晶相图类似。似。 共析反应在固态下进行共析反应在固态下进行, , 共析产物比共晶产物要细密。共析产物比共晶产物要细密。 （2 2）具有共析转变的相图）具有共析转变的相图 8.3.4 8.3.4 二元相图的分析方法二元相图的分析方法方法：方法：1 1 若有稳定的中间相，可依此把相图分为几个部分。若有稳定的中间相，可依此把相图分为几个部分。2 2 根据相区接触法则填写各相区。根据相区接触法则填写各相区。 n = C-Pn = C-P3 3 分析典型成分合金的结晶过程及组织转变，并利用分析典型成分合金的结晶过程及组织转变，并利用杠杆定律计算各相相对含量。杠杆定律计算各相相对含量。二元相图二元相图 恒恒 温温 转转 变变 类类 型型反应式反应式相图特征相图特征分解型分