材料科学与工程基础教案第三章相图及应用课件

第三章相图及应用

PhaseDiagrams为了对广泛使用的合金进行熔铸、锻压和热和理，必须首先了解它们的熔点和固态转变温度，并弄清楚它们的凝固过程及凝固后的相和组织结构。相图是描述系统的状态、温度、压力及成分之间的关系的一种图解，又称为状态图或平衡图。利用相图，我们可以了解各种成分的材料在不同温度、压力下的相组成，多种相的成分与相对量及组织的变化规律等。因此，掌握和了解相图的基本知识和分析方法，对制定材料热加工工艺、分析和检测材料的性能以及研究开发新材料等都有重要作用和指导意义。

第一节二元相图的建立

MensurationofBinaryPhaseDiagrams一、二元相图的表示方法

二元系中相的平衡状态与温度、成分的关系可以用平面图形来表示，如图所示。二、二元相图的测定方法相图的建立一般采用热分析法，其基本思路是先配制一系列不同成分的给定合金，绘制它们各自的冷却曲线，然后由冷却曲线上的临界点绘制相图。100%Ni温度℃

时间Cu20406080NiNi%TNiTCu80%Ni60%Ni40%Ni20%Ni100%Cu（a）（b）Cu-Ni合金相图的测绘（a）冷却曲线（b）Cu-Ni相图第二节匀晶相图及固溶体的结晶

IsomorphousPhaseDiagrams

从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。

二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合金系称为匀晶系。属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类相图是学习二元合金相图的基础。一、相图分析

A1083℃B1452℃LL+α温度CuNiNi%Cu-Ni合金相图液相线固相线α四、偏析与区域提纯

偏析

通过对固溶体结晶平衡与非平衡过程的分析，表明在结晶过程中随着固相的不断形成，其成分也在不断的变化，这种变化是通过原子的扩散实现的。若原子能够进行充分的扩散，固溶体将发生平衡结晶；若原子不能够进行充分的扩散，固溶体将发生非平衡结晶。由此可见，固溶体在结晶时，溶质和溶剂原子必然要发生重新分配。固溶体不平衡结晶所形成的枝晶偏析是指一个晶粒内部成分的不均匀现象；而固溶体的在结晶时，沿一定方向结晶过程中，在一个较大区域范围内也会出现成分差异，这称为宏观偏析。

五、成分过冷长大方式长大方式取决于凝固过程中的温度分布。TCxSL(b)xTCSL(a)铸锭凝固过程中的温度分布结晶时合金液体中的浓度分布

由于结晶时随温度不同，液固两相的成分也不同，所以会在液固界面上形成浓度差，造成理论结晶温度Tm变化。TC0

CL成分TmX（位置）SL液固界面浓度CX（位置）SL液固界面CLC0第三节共晶相图

BinaryEutecticPhaseDiagrams大多数二元合金在液态时相互无限溶解，而在固态时并不能完全互溶，发生共晶转变形成有限固溶体。具有共晶转变的典型合金系有Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi等，它们的相图都属于共晶相图。

一、相图分析

二、典型合金的平衡结晶

α固溶体合金（含Sn量小于19％的Pb-Sn合金）

共晶合金（含Sn量为61.9％的Pb-Sn合金）亚共晶合金（含Sn量为大于19％小于61.9％的Pb-Sn合金）400A300200100Pb20406080SnWSn（%）Pb-Sn相图温度℃327.5L

α1961.997.5βL+β231.9

B183EL+αα+β

Ⅰ

ⅢⅡ

ⅣMNFG400A300200100温度℃327.5L

α1961.997.5βL+β231.9

B183E

α+βMNFG1231212第四节包晶相图

BinaryPeritecticPhaseDiagrams一个一定成分的液相与一个一定成分的固相在恒温下生成另一固相的转变称为包晶转变。两组元液态时能相互无限溶解，固态时有限互溶，并发生包晶转变的二元合金系相图称为包晶相图。具有这种相图的典型合金有Pt-Ag、Sn-Sb、Cu-Sn、Cu-Zn等合金系。第五节其它类型的二元合金相图

匀晶、共晶、包晶相图是最基本的三种相图。除这三种相图外，还有几种其它类型的相图。

一、组元间形成中间相的相图两组元形成稳定化合物的相图

Mg20406080SiSi%Mg-Si合金相图16001200800400温度/℃Mg2Si1087℃56.5L＋Mg2SiL＋Si946.7℃L＋Mg2Si638.8℃1.38L＋MgMg2Si＋SiMg＋Mg2Si1414℃L两组元形成不稳定化合物的相图Sn20406080Sb温度/℃Sb%700600500400300200100L630.74℃5064