第12讲 二元合金的相结构与结晶Ⅴ

第十二讲

二元合金的相结构与结晶Ⅴ1/16/20231上讲内容回顾共晶相图标注组织的共晶相图不平衡结晶及组织比重偏析和区域偏析包晶相图相图分析合金的平衡结晶及其组织不平衡结晶及组织包晶转变的实际应用1/16/20232§3-1合金的相结构§3-2二元合金相图的建立§3-3匀晶相图§3-4共晶相图§3-5包晶相图§3-6其它类型相图§3-7二元相图的分析与使用作业第三章二元合金的相结构与结晶1/16/20233§3-6

其它类型相图一、其他类型的恒温转变相图二、组元间形成化合物的相图三、具有异晶转变的相图四、具有有序-无序转变的相图五、具有磁性转变的相图返回1/16/20234一、其他类型的恒温转变相图1.熔晶转变相图2.偏晶转变相图3.共析转变相图4.包析转变相图5.合晶转变相图返回1/16/202351.熔晶转变相图熔晶转变：一个固相在恒温下转变为一个液相和另一个固相的转变。一个固相在温度下降时可以部分熔化（再熔），所以称之为熔晶转变。Fe-B相图

返回1/16/202362.偏晶转变相图偏晶转变：一个液相L1分解为一个固相和另一成分的液相L2的转变。固相的相对量总是偏多（偏晶）Cu-Pb，Ca-Cd，Fe-O，Mn-Pb等二元系中含有偏晶转变。

返回1/16/202373.共析转变相图共析转变：一定成分的固相在恒温下生成另外两个一定成分的固相的转变。共析转变的相图特征与共晶转变的非常类似，所不同的是反应相不是液相而是固相。Fe-Ti合金相图返回1/16/202384.包析转变相图包析转变：两个一定成分的固相，在恒温下，转变为一个新的固相的转变称为包析转变。包析转变的相图特征与包晶转变的类似，只是包析转变中没有液相，只有固相。Fe-B相图返回1/16/202395.合晶转变相图合晶转变：两个一定成分的液相L1和L2相互作用，形成一个固相的恒温转变，称之。反应式：返回1/16/202310二、组元间形成化合物的相图1.形成稳定化合物的相图

在某些二元合金中,常形成一种或几种稳定化合物。这些化合物具有一定的化学成分、固定的熔点,且熔化前不分解,也不发生其它化学反应。例如Mg-Si合金,就能形成稳定化合物Mg2Si。Mg-Si合金相图属于含有稳定化合物的相图。L+Mg2SiLL+SiMg+Mg2SiMg2Si+SiL+Mg2SiL+Mg1/16/202311稳定化合物在相图上为一垂直线。在分析这类相图时,可把稳定化合物看成为一个独立的组元，并将整个相图分割成几个简单相图。因此，Mg-Si相图可分为Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si两个相图来进行分析。L+Mg2SiLL+SiMg+Mg2SiMg2Si+SiL+Mg2SiL+Mg1/16/2023122.形成不稳定化合物的相图加热至一定温度即发生分解的化合物，属于不稳定化合物。成分可变的不稳定化合物在相图上为一区域。不能把不稳定化合物作为独立组元，从而把相图分割成几个独立部分进行分析。返回1/16/202313三、具有异晶转变的相图一个固相转变为另一个固相的转变称为异晶转变也称同素异构转变。异晶转变与匀晶转变的相图非常相似。只不过一个反应相是固相，一个反应相是液相。返回1/16/202314四、具有有序-无序转变的相图有些合金在一定成分范围和一定温度范围内会发生有序-无序转变。成分为50.8%Au的合金，在390℃以下变为有序固溶体α′。有的有序-无序转变在相图上没有两相区间隔，而用一条虚线或细直线表示。返回1/16/202315五、具有磁性转变的相图某些合金中组成相会因温度改变而发生磁性转变。Fe-C合金相图中Fe一侧770℃处居里温度。在居里温度以下合金为铁磁性，居里温度以上为顺磁性。

返回1/16/202316§3-7

二元相图的分析与使用一、相图分析步骤二、应用相图时要注意的问题三、合金的性能与相图的关系返回1/16/202317一、相图分析步骤1.

先看相图中是否有稳定化合物，如有稳定化合物存在，则以它们为界把一张相图分成几个区域进行分析。2.

根据相区接触法则，区别各相区。3.

找出三相共存水平线，根据与水平线相邻的相区情况，确定相变特性点及转变反应式，明确在这时发生的转变类型。4.

利用相图分析典型合金的结晶过程及组织。1/16/202318在分析过程中要注意单相区相的成分就是合金的成分。在两相区，不同温度下两相成分均沿其相界线变化，两相的相对量由杠杆定律求出。三相平衡时，三个相的成分是固定的。杠杆定律不能用于三相区，只能用杠杆定律求转变前（水平线上方两相区）或转变后（水平线下方的两相区）组成相的相对量。1/16/202319二元系各类转变的特征返回1/16/202320二、应用相图时要注意的问题1.相图只能给出合金在平衡条件下存在的相和相对量,并不表示相的形状、大小和分布，而这些主要取决于相的特性及形成条件。在应用相图分析实际问题时，既要注意合金中存在的相及相的特征，又要了解这些相的形状、大小和分布的变化对合金性能的影响，并考虑在实际生产中如何控制。1/16/2023212.相图只表示平衡状态的情况而实际生产条件下，合金很少能达到平衡状态。在结合相图分析合金生产中的实际问题时，要十分重视了解该合金在非平衡条件下可能出现的相和组织。3.二元相图只反映二元系合金相图的平衡关系返回1/16/202322三、合金的性能与相图的关系合金的性能取决于它的成分和组织,相图则可反映不同成分的合金在室温时的平衡组织。因此,具有平衡组织的合金的性能与相图之间存在着一定的对应关系。1.合金的机械性能和物理性能与相图的关系2.合金的工艺性能与相图的关系返回1/16/2023231.合金的机械性能和物理性能与相图的关系固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关，溶质的溶入量越多，晶格畸变越大，则合金的强度、硬度越高,电阻越大。当溶质原子含量大约为50%时，晶格畸变最大，而上述性能达到极大值，所以性能与成分的关系曲线具有透镜状。1/16/202324两相组织合金的机械性能和物理性能与成分呈直线关系变化，两相单独的性能已知后，合金的某些性能可按组成相性能依百分含量的关系叠加的办法求出。例如硬度：

HB=HBα·α%＋HBβ·β%

1/16/202325机械性能单相固溶体：强度硬度高于纯组元，并随溶质含量增加而提高，塑性韧性随溶质含量增加而降低，即固溶强化作用。两相混合物：性能介于两组成相之间，近似两相性能的平均值，呈直线关系。当出现细共晶时，强度硬度出现峰值。合金的使用性能与相图的关系

1/16/202326对组织较敏感的某些性能如强度等，与组成相或组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密，强度越高（见图中虚线）。当形成化合物时，则在性能一成分曲线上于化合物成分处出现尖锐的极大值或极小值。合金的使用性能与相图的关系

1/16/202327物理性能单相固溶体：溶质增加，晶格畸变增加，自由电子运动阻力增加，所以导电率下降。双相混合物：电阻变化也在两相之间呈直线变化。合金的使用性能与相图的关系

返回1/16/2023282.合金的工艺性能与相图的关系纯组元和共晶成分的合金的流动性最好，缩孔集中，铸造性能好。相图中液相线和固相线之间距离越小，液体合金结晶的温度范围越窄，对浇注和铸造质量越有利。合金的铸造性能与相图的关系1/16/2023292.合金的工艺性能与相图的关系合金的液、固相线温度间隔大时，形成枝晶偏析的倾向性大；同时先结晶出的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，而降低其流动性，增多分散编孔。所以，铸造合金常选共晶或接近共晶的成分。合金的铸造性能与相图的关系1/16/202330单相固溶体流动性、分散缩孔、偏析随溶质含量呈曲线变化。结晶间隔(成分、温度)越大，成分过冷越大树枝晶越发达，阻碍液体流动，所以流动性下降，被树枝晶分隔的液体最后凝固时得不到补充，形成较多分散缩孔，即缩松。同时枝晶偏析严重，热裂倾向增加。总的来说，塑性好，压力加工性能好，但切削加工性不好，切削时，韧性撕裂，不易断，表面粗糙，刀具磨损严重。1/16/202331双相混合物共晶及附近成分合金，结晶温度低，间隔小，流动性好，热裂倾向小，偏析倾向小，易形成集中缩孔，铸造性能好。越远离共