二元匀晶相图（V18版）

3-2二元匀晶相图3-2Binaryisomorphousphasediagram

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

1

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

2

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram二元匀晶相图匀晶相图：二组元在液态时完全互相溶解，在固态时也能互相溶解，并形成无限固溶体的合金系，其相图称为匀晶相图。匀晶转变：两组元在液态与固态均无限互溶，直接由液相结晶出单相固溶体的过程，称为匀晶转变。具有这类相图的合金系主要有：Cu-Ni、Fe-Ni、Fe-Cr、Cu-Au、Mg-Cd和W-Mo等。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

33-2Binaryisomorphousphasediagram一、匀晶相图分析点：A,B；线：液相线，固相线；区：L，L+α，α

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram二、固溶体的平衡结晶及组织以Ⅰ点成分的Cu-Ni合金为例分析结晶过程。匀晶转变的平衡过程：L→L+α→α液相→液、固共存→固相在液、固共存区，液相和固相的成分是变化的，生成的固相成分沿固相线变化，剩余的液相成分沿液相线变化。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

4

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

53-2Binaryisomorphousphasediagram二、固溶体的平衡结晶及组织以Ⅰ点成分的Cu-Ni合金为例分析结晶过程。

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

6

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram三、固溶体的结晶过程（匀晶转变）与纯金属结晶相比：1.异分结晶：指固溶体结晶时，结晶出来的固相与母相化学成分不同。需要一定的成分起伏。2.结晶速度比纯金属低。固溶体的结晶是在一定的温度范围内完成的，其中每一个温度下，只能结晶出一定数量的固相。3.在匀晶相图的两相区，温度一定时，两相的成分确定，两相的重量比也一定。4.先结晶的固溶体与后结晶的固溶体成分不同，平衡结晶条件下，可通过原子扩散，最终获得成分一致的单相固溶体。5.固溶体结晶包括形核和长大过程，且趋向于树枝状长大。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

7

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram四、杠杆定律-平衡相的定量法则对具体合金来说，相的成分固然重要，但是相的相对量有时更重要，杠杆定律正是用来解决这个问题的。在二元合金系中，相的定量主要在于二相区，三相区因为在三相线上，三个相可以任何比例相平衡。二元系二相平衡时，相的成分是确定的，但相的相对量却是可以任意变化的，只有当合金的成分同时也确定时，相的相对量才会随之而定，才能利用数学方法进行计算。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

83-2Binaryisomorphousphasediagram五、杠杆定律

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

9

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram杠杆定律：杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点，而支点为合金的成分点。注意：杠杆定律只能在平衡状态下的两相区使用。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

10

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram平衡结晶：是指合金在极缓慢冷却条件下进行的结晶过程。（理想条件下）在平衡结晶条件下得到的组织称为平衡组织。但在实际生产条件下，合金在凝固过程中冷却速度比较快，而原子在固态金属中的扩散比较慢，扩散来不及充分进行，致使在每一温度下结晶出来的固溶体，其平均成分都偏离固相线所示的平衡成分。这种偏离平衡条件下的结晶，称为不平衡结晶。不平衡结晶得到的组织称为不平衡组织。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

113-2Binaryisomorphousphasediagram虚线表示冷却速度较快时液、固相的平均成分线。不平衡结晶过程各相：a)成分变化，b)组织变化

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

123-2Binaryisomorphousphasediagram虚线表示冷却速度较快时液、固相的平均成分线。结晶速度较快，而原子扩散速度慢；结晶后，固相平衡成分，偏离平衡成分。

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

133-2Binaryisomorphousphasediagram实际金属的结晶主要以树枝状长大：这是由于当冷却速度较大，特别是存在有杂质时，晶体与液体界面的温度会高于近处液体的温度，形成负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，会先形成一次晶轴，然后一次晶轴又会产生二次晶轴，直至枝晶间最后被填充。

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

14

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram固溶体的结晶是以树枝状方式长大的。一个晶粒中先结晶的树枝晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝枝晶含低熔点组元较多，结果造成在一个晶粒内，化学成分的分布不均的现象，称为枝晶偏析。成分不均匀：显微偏析，晶间偏析，晶内偏析。组织不均匀性能不均匀

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

15

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram偏析-Segregation这种成分不均匀的现象，总称为显微偏析。其中对于不同晶粒间的化学成分不均匀，称为晶间偏析。对于在一个晶粒内部或一个枝晶的枝干和枝晶间的不同部位间化学成分不均匀，则称为晶内偏析-IntracrystallineSegregation.晶内偏析是树枝状分布的，由称为枝晶偏析-DendriteSegregation.

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

16

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram影响晶内偏析程度的因素主要有：a.冷却条件：冷却速度越大，实际结晶温度越低，原子扩散能力越小，偏析程度越严重，得到固溶体枝晶越细小。如果冷却速度极大，致使偏析来不及发生，反而能得到成分均匀组织；b.原子扩散能力：原子在固溶体中扩散能力越大，偏析程度就越小；c.相图形状：相图中液相线和固相线距离越大，即结晶的温度间隔越大，则偏析越严重。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

17

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram晶内偏析的危害：a.引起塑性和韧性的下降；b.易引起晶内腐蚀；c.给金属热加工带来困难。消除偏析方法：进行扩散退火或均匀化退火，一般是将工件加热到低于固相线100-200℃的温度下，进行保温，使偏析元素充分进行扩散，以达到均匀成分。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

183-2Binaryisomorphousphasediagram

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

193-2Binaryisomorphousphasediagram固溶体合金的性能和相图的关系1.合金的力学性能和相图间的关系固溶体合金的强度和硬度一般都高于纯组元。这是由于发生了固溶强化，从而使强度和硬度提高，塑性稍有降低。

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

20

Metallgraphy3-2Binaryisomorphousphasediagram固溶体合金的性能和相图的关系1.合金的力学性能和相图间的关系Cu-Ni合金的成分与强度、塑性的关系成分与硬度的关系

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

213-2Binaryisomorphousphasediagram2.合金铸造性能和相图的关系铸造性能主要是指合金的流动性、偏析、缩孔和热裂。固相线和液相线之间距离越大，固溶体合金的结晶温度间隔越大，铸造性能越差：流动性越低；（枝晶发达，阻碍流动）易于形成分散缩孔；易于偏析；易于发生热裂。（不均匀凝固收缩）

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

223-2Binaryisomorphousphasediagram2.合金铸造性能和相图的关系铸造：共晶合金，流动性好，缩孔集中，偏析小。

Metallgraphy

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

233-2Binaryisomorphousphasediagram3.合金的物理性能和相图的关系固溶体合金和纯金属相比，随着溶剂中溶质组元含量的增加，晶格扭曲增大，增加了自由电子运动的阻力，所以合金的电阻率增加，热导率降低。固溶体不但具有很高的电阻率，而且几乎不随温度升高而变化，所以固溶体合金是制造加热元