共晶包晶相图课件

7.3.2共晶相图及其合金的凝固1精选可编辑ppt7.3.2共晶相图及其合金的凝固1精选可编辑ppt7.3二元相图分析1.匀晶相图和固溶体凝固

2.共晶相图及合金凝固3.包晶相图及合金凝固4.溶混间隙相图与调幅分解5.二元合金相图分析实例2精选可编辑ppt7.3二元相图分析1.匀晶相图和固溶体凝固2精选可编辑pp1.匀晶相变：特点：液固两组元无限互溶！2.固溶体平衡凝固三个过程：①液相内扩散过程②固相的继续长大，③固相内的扩散过程

3.固溶体非平衡凝固分析;(1)固相、液相的平均成分线随冷却速度发生变化，液相线的偏离程度＜固相线。(2)先结晶部分富含高熔点组元，后结晶部分富低熔点组元。(3)非平衡凝固的终结T低于平衡凝固时的终止T。匀晶相图复习由液相直接结晶出单相固溶体的过程3精选可编辑ppt1.匀晶相变：匀晶相图复习由液相直接结晶出单相固溶体的过程37.3.2共晶相图和固溶体凝固共晶相图共晶合金的平衡凝固共晶合金的非平衡凝固4精选可编辑ppt7.3.2共晶相图和固溶体凝固共晶相图共晶合金的平衡凝固共Pb－Sn共晶相图共晶转变：LE→αM+βN5精选可编辑pptPb－Sn共晶相图共晶转变：LE→αM+βN5精选可编辑

7.3.2共晶相图及合金凝固

共晶相图的概念

组成共晶相图的两组元相互作用的特点：1）液态下两组元能无限互溶，2）固态下只能部分互溶(形成有限固溶体或化合物)，甚至有时完全不溶，并具有共晶转变6精选可编辑ppt7.3.2共晶相图及合金凝固共晶相图的概念6精选可编

7.3.2共晶相图及合金凝固

所谓共晶转变所得到两固相的混合物称为共晶组织(体)。具有共晶转变的相图称为共晶相图。属于二元共晶相图的合金有：Pb－Sn、Pb－Sb、Al－Si、Ag－Cu等。共晶转变：LE→αM+βN7精选可编辑ppt7.3.2共晶相图及合金凝固所谓共晶转变共晶转变：LE

共晶合金在铸造工业中是非常重要的，①比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造操作②共晶合金比纯金属有更好的流动性，无枝晶形成，从而改善铸造性能;③恒温转变减少了铸造缺陷，例如偏聚和缩孔;④共晶凝固可获得多种形态的显微组织，可能成为优异性能的原位复合材料1.共晶相图8精选可编辑ppt共晶合金在铸造工业中是非常重要的，1.共晶相图8精选可编Pb—Sn相图7点7线7相区PbSnWSn(%)TL183327.5231.9BA1997.5MNGFL+L++61.9E9精选可编辑pptPb—Sn相图7点7线7相区PbSnWSn(%)TL1810精选可编辑ppt10精选可编辑ppt2.共晶合金的平衡凝固及其组织

根据相变特点和组织特征将共晶系合金分为四类：

1)端部固溶体合金2)亚共晶合金3)共晶合金4)过共晶合金11精选可编辑ppt2.共晶合金的平衡凝固及其组织根据相变特点和组织特征PbWSn(%)TL183327.5A19MFL++61.9EⅠLt/sT/℃端部固溶体合金结晶过程分析Lα+βⅡt2t1t312精选可编辑pptPbWSn(%)TL183327.5A19MFL++2.共晶系合金的平衡凝固1)

端部固溶体合金t1~t2温度：t3温度以下：液态L10液相中析出，L

Ⅱ(脱溶转变)t1温度以上：t2~t3温度：固溶体不变室温组织：

+Ⅱ13精选可编辑ppt2.共晶系合金的平衡凝固1)

端部固溶体合金t1~t2温合金Ⅰ的平衡结晶过程

14精选可编辑ppt合金Ⅰ的平衡结晶过程14精选可编辑ppt合金Ⅰ的平衡结晶过程

15精选可编辑ppt合金Ⅰ的平衡结晶过程15精选可编辑pptPbWSn(%)TL183327.5A19MFL++61.9EⅠLt1t1'L++(+)t/sT/℃共晶合金结晶过程分析16精选可编辑pptPbWSn(%)TL183327.5A19MFL++2)共晶平衡结晶过程及室温平衡组织：共晶温度以上：共晶温度：共晶温度以下：室温组织：液态L61.9共晶转变L61.91997.5二次结晶Ⅱ，Ⅱ（+）共晶由于Ⅱ和Ⅱ常与共晶和相连，显微镜下很难分辨，室温组织为：（+）共晶17精选可编辑ppt2)共晶平衡结晶过程及室温平衡组织：共晶温度以上：共晶温度：Pb－Sn共晶相图18精选可编辑pptPb－Sn共晶相图18精选可编辑ppt两相相对量计算两相的相对量计算：连接线+杠杆定律ω()=ω()=19精选可编辑ppt两相相对量计算两相的相对量计算：连接线+杠杆定律ω()=1（Pb-Sn）共晶组织（层片状）αβ20精选可编辑ppt（Pb-Sn）共晶组织（层片状）αβ20精选可编辑ppt共晶合金（Ⅱ）的平衡结晶的显微组织21精选可编辑ppt共晶合金（Ⅱ）的平衡结晶的显微组织21精选可编辑ppt常见合金的共晶组织

层片状（Al-CuAl2,定向凝固）

灰铁短棒状或颗粒（Cu-CuO）棒状或条状（Sb-MnSb，横截面）

螺旋状（Zn-Mg）针状（ZL102未变质）

22精选可编辑ppt常见合金的共晶组织层片状（Al-CuAl2,定向凝固）灰铅铋树枝状共晶组织Cu-Cu3P放射状共晶组织铝硅针状共晶组织铝钍螺旋状共晶组织23精选可编辑ppt铅铋树枝状共晶组织Cu-Cu3P放射状共晶组织铝硅针状共晶组PbSnWSn(%)TMENBAGF3)亚共晶和过共晶平衡结晶过程24精选可编辑pptPbSnWSn(%)TMENBAGF3)亚共晶和过共晶平衡结PbWSn(%)TL183327.5A19MFL++61.9Et/sT/℃LL50%Sn的亚共晶合金的结晶过程分析+（+)共初+ⅡⅡt1t2t1t2t2'+ⅡL+25精选可编辑pptPbWSn(%)TL183327.5A19MFL++3)亚共晶合金平衡结晶过程为：t1温度以上：t1~t2温度：t2温度时发生共晶反应：室温组织：t2温度以下：液态L50液相中析出，LL61.91997.5初Ⅱ初+Ⅱ+

（+）共晶26精选可编辑ppt3)亚共晶合金平衡结晶过程为：t1温度以上：t1~t2温度Pb－Sn共晶相图ω(+)ω()组织组成ω()ω()相组成27精选可编辑pptPb－Sn共晶相图ω(+)ω()27精选可编辑ppt组织组成和相组成相对量计算ω(+)=ω(L)=ω()=组织组成ω()=ω()=相组成28精选可编辑ppt组织组成和相组成相对量计算ω(+)=ω(L)=ω()亚共晶合金的平衡结晶过程

29精选可编辑ppt亚共晶合金的平衡结晶过程29精选可编辑ppt亚共晶组织(50%Sn的Pb-Sn合金)共晶()初生

Ⅱ30精选可编辑ppt亚共晶组织(50%Sn的Pb-Sn合金)共晶()初WSn(%)Gt1t2t/sT/℃t1t2t2'L++ⅡSnPbLBAMNFL+L++ET（+Ⅱ）70%Sn的过共晶合金的结晶过程分析LL+31精选可编辑pptWSn(%)Gt1t2t/sT/℃t1t2t2'L+4)过共晶合金平衡结晶过程为：t1温度以上：t1~t2温度：t2温度时发生共晶反应：室温组织：t2温度以下：液态L70液相中析出，LL61.91997.5初Ⅱ初+Ⅱ+

（+）共晶32精选可编辑ppt4)过共晶合金平衡结晶过程为：t1温度以上：t1~t2温度过共晶平衡组织(70%Sn的Pb-Sn合金)共晶()初生Ⅱ33精选可编辑ppt过共晶平衡组织(70%Sn的Pb-Sn合金)共晶(组织组成物在相图上的标注LL+αL+ββαα+βⅡα初+βⅡ+(α+β)β初+αⅡ+(α+β)(α+β)β+αⅡPbSnSn,%温度，℃1961.997.534精选可编辑ppt组织组成物在相图上的标注LL+αL+ββαα+βⅡα初+βⅡ1.共晶相图35精选可编辑ppt1.共晶相图35精选可编辑ppt3.共晶系合金的非平衡凝固-A(1)伪共晶

在非平衡凝固条件下，某些亚共晶和过共晶成分的合金获得了全部的共晶组织。这种由非共晶成分合金所得到的共晶组织称为伪共晶（pseudo-eutectic）。

36精选可编辑ppt3.共晶系合金的非平衡凝固-A(1)伪共晶36精选可编辑3.共晶系合金的非平衡凝固-A(1)伪共晶若当合金中两组元熔点相近时，伪共晶区一般呈图7.27中的对称分布;若合金中两组元熔点相差很大时，伪共晶区将偏向高熔点组元一侧，如A1-Si合金的伪共晶区那样。37精选可编辑ppt3.共晶系合金的非平衡凝固-A(1)伪共晶37精选可编辑38精选可编辑ppt38精选可编辑ppt39精选可编辑ppt39精选可编辑ppt40精选可编辑ppt40精选可编辑ppt7.3.3包晶相图及其合金凝固41精选可编辑ppt7.3.3包晶相图及其合金凝固41精选可编辑ppt

7.3.3包晶相图及其合金凝固

包晶相图概述

两组元在液态下无限互溶，固态下只能部分互溶并具有包晶转变的相图称为二元包晶相图具有包晶转变的二元合金有：Cu－Sn、Fe－C、Cu－Zn、Ag－Sn、Ag－Pt42精选可编辑ppt7.3.3包晶相图及其合金凝固包晶相图概述42精选可——已结晶的固相与剩余液相反应形成另一个固相的恒温转变。如Fe-C、Cu-Zn、Ag-Sn、Ag-Sn、Ag-Pt等。

——具有包晶转变的相图。包晶转变包晶相图7.3.3包晶相图及其合金凝固43精选可编辑ppt——已结点：D区：单相区L、、双相区L

、

L+、

+线：液相线APB固相线ACDB包晶线CDPL

P

+C

D

固溶度曲线

CE、DF

Pt-Ag合金相图EFC10.51186BAP66.31772962温度PtAg一、相图分析LL

L++D42.444精选可编辑ppt点：D区：线：Pt-Ag合金相图EFC10.51186BAP二、包晶合金平衡结晶过程与室温组织T/℃t/s1DD'LLL

+

Ⅱ包晶合金的平衡结晶过程EFC10.51186BAP66.3温度D42.4L1

+

Ⅱ45精选可编辑ppt二、包晶合金平衡结晶过程与室温组织T/℃t/s1DD'LL只有P点成分的合金才能在包晶反应后得到100％的β相，P点左侧会有α相剩余，P点右侧会有L相剩余。Sb（锑）-16%Fe合金包晶组织46精选可编辑ppt只有P点成分的合金才能在包晶反应后得到100三、不平衡结晶与包晶偏析αLβPt原子

Ag原子消除办法：扩散退火47精选可编辑ppt三、不平衡结晶与包晶偏析αLβPt原子Pt－Ag包晶相图48精选可编辑pptPt－Ag包晶相图48精选可编辑ppt2.包晶合金的凝固及其平衡组织式中，w(L)和w(a)分别表示液相和固相在包晶反应时的质量分数。包晶转变结束后，液相和a相反应正好全部转变为β固溶体a.ω（Ag）为42.4%的Pt-Ag合金(合金1)49精选可编辑ppt2.包晶合金的凝固及其平衡组织式中，w(L)和w(a)分别表2.包晶合金的凝固及其平衡组织50精选可编辑ppt2.包晶合金的凝固及其平衡组织50精选可编辑pptPt－Ag包晶相图51精选可编辑pptPt－Ag包晶相图51精选可编辑ppt2.包晶合金的凝固及其平衡组织b.42.4%＜ω(Ag)＜66.3%的Pt-Ag合金(合金Ⅱ)52精选可编辑ppt2.包晶合金的凝固及其平衡组织b.42.4%＜ω(Ag)＜2.包晶合金的凝固及其平衡组织c.10.5%＜ω(Ag)＜42.4%的Pt-Ag合金(合金Ⅲ)53精选可编辑ppt2.包晶合金的凝固及其平衡组织c.10.5%＜ω(Ag)＜L+ε→ηL→η+ε54精选可编辑pptL+ε→ηL→η+ε54精选可编辑ppt55精选可编辑ppt55精选可编辑ppt7.3.4溶混间隙相图与调幅分解

溶混间隙:是两种L或两种固溶体不相混溶的现象。它可以出现在单相L中，也可以出现在单一固溶体区内，成分不同，结构相同。L→L1+L2α→α1+α2转变方式有二种：(1)形核长大方式，需要克服形核能垒，(2)没有形核阶段的不稳定分解，称为调幅分解。56精选可编辑ppt7.3.4溶混间隙相图与调幅分解溶混间隙:是两种L7.3.4溶混间隙相图与调幅分解从自由能一成分曲线可知，在两个极小值之间为热力学不稳定区，该任一成分的固溶体相都会分解成为两个成分对应于两个极小值的相，但是在拐点迹线内外的溶混间隙区，分解方式是不同的，

拐点迹线内自发地分离成为两种成分不同的液相，

拐点迹线外需克服新相形成的能垒，先形核然后长大。57精选可编辑ppt7.3.4溶混间隙相图与调幅分解从自由58精选可编辑ppt58精选可编辑ppt59精选可编辑ppt59精选可编辑ppt7.3.5.其他类型的二元相图

1.具有化合物的二元相图2.具有偏晶转变的相图3.具有合晶转变的相图4.具有熔晶转变的相图5.具有固态转变的二元相图60精选可编辑ppt7.3.5.其他类型的二元相图1.具有化合物的二元相1.具有化合物的二元相图a.形成稳定化合物的相图

在某些二元系中，可形成一个或几个化合物，位于相图中间，故又称中间相。稳定化合物：指有确定的熔点，可熔化成与固态相同成分液体那类化合物;不稳定化合物:不能熔化成与S相同成分L，当加热到一定T时会分解，转变为两个相。形成稳定化合物的二元相图有：Mg－Si、Cu－Mg、Fe－P、Mn－Si、Ag－Sr、Na2SiO3－SiO2、BeO－Al2O3、SiO2－MgO61精选可编辑ppt1.具有化合物的二元相图a.形成稳定化合物的相图61精选稳定化合物的相图36.6%62精选可编辑ppt稳定化合物的相图36.6%62精选可编辑ppt稳定化合物的相图63精选可编辑ppt稳定化合物的相图63精选可编辑ppt稳定化合物的相图64精选可编辑ppt稳定化合物的相图64精选可编辑pptb.形成不稳定化合物的相图

值得注意的是，不稳定化合物无论是处于一条垂线上或存在于具有一定溶解度的相区中，均不能作为组元而将整个相图划分为两部分。具有不稳定化合物的其他二元合金相图有K-Na,Al-Mn,Be-Ce,Mn-P等，二元陶瓷相图有SiQ2-MgO,ZrO2-CaO,Ba0–TiO2等。1.具有化合物的二元相图65精选可编辑pptb.形成不稳定化合物的相图1.具有化合物的二元相图65精不稳定化合物的相图54.4%66精选可编辑ppt不稳定化合物的相图54.4%66精选可编辑ppt2.具有偏晶转变的相图

偏晶转变是由一个液相L1分解为一个固相和另一成分的液相L2的恒温转变。图7.40是Cu-Pb二元相图，在955℃发生偏晶转变:L36→Cu+L87

具有偏晶转变的二元系有：Cu－S、Cu－O、Mn－Pb67精选可编辑ppt2.具有偏晶转变的相图偏晶转变是由一个液相L1具有偏晶转变的相图68精选可编辑ppt具有偏晶转变的相图68精选可编辑ppt3.具有合晶转变的相图

具有这类转变的合金很少，如Na-Zn,K-Zn等。在asb温度发生合晶转变:L1a+L2b→β69精选可编辑ppt3.具有合晶转变的相图具有这类转变的合金很少，如Na-Z4.具有熔晶转变的相图

图7.42是具有熔晶转变的Fe-B二元相图。含微量硼的Fe-B合金在1381℃时进行即

δ→L+γ

这种转变称为熔晶转变。

具有熔晶转变的合金也很少，Fe-S,Cu-Sb等合金系具有熔晶转变。70精选可编辑ppt4.具有熔晶转变的相图图7.42是具有熔晶转变的5.具有固态转变的二元相图

当合金中组元具有同素(分)异构变时，则其固溶体会出现三种情况：固溶体的多晶型转变，共析转变、包析转变、偏析转变。a.具有固溶体多晶型转变的相图

固溶体的多晶型转变又称为多形性转变。具有这类转变的合金有等，如Fe－C、Fe－Ti合金δ→γ→а71精选可编辑ppt5.具有固态转变的二元相图当合金中组元具有同素(分固溶体多晶型转变的相图

72精选可编辑ppt固溶体多晶型转变的相图72精选可编辑ppt具有共析转变的相图γ为Cu3Snδ为Cu31Sn8ε为Cu3Snζ为Cu20Sn6η和η‘为Cu6Sn5а+εа+γа+δδ+ε73精选可编辑ppt具有共析转变的相图γ为Cu3Snа+εа+γа+δδ+ε71、分解型（1）共析转变共析线共析点在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同新固相。α→β1+β274精选可编辑ppt1、分解型（1）共析转变共析线共析点在一定温度下，由一定成分具有三种恒温转变的相图包晶转变(HJB水平线)共晶转变(ECF水平线)共析转变(PSK水平线)垂直线(Fe3C)Fe06.69Fe3CTemperature(C)Temperature(C)PSK0.77727CECF4.32.111148CHJBANGQDLC,wt%1495C1538C1394C912C75精选可编辑ppt具有三种恒温转变的相图包晶转变(HJB水平线)共晶转变(ECc.具有包析转变的相图

包析转变（peritectoidreaction）类似于包晶转变，区别在于包析转变是由两个固相反应生成另外一个固相。

76精选可编辑pptc.具有包析转变的相图76精选可编辑pptd.具有脱溶沉淀过程的相图

随着温度降低固溶体中溶解度下降，析出第二相的过程，称为脱溶过程。

77精选可编辑pptd.具有脱溶沉淀过程的相图77精选可编辑ppte.具有有序—无序转变的相图

78精选可编辑ppte.具有有序—无序转变的相图78精选可编辑pptf.具有固溶体形成中间相转变的相图某些合金的中间相不是由两组元直接得到，而是由固溶体转变为中间相。当w(Cr)为46%的a固溶体将在821℃发生a→σ的转变,则σ相是以金属间化合物FeCr为基的固溶体。79精选可编辑pptf.具有固溶体形成中间相转变的相图某些合金的中间相不g.具有磁性转变的相图

磁性转变属于二级相变，固溶体或纯组元在高温时为顺磁性，在Tc温度以下呈铁磁性，Tc温度称为居里温度，在相图上一般以虚线表示，如图7.46所示。80精选可编辑pptg.具有磁性转变的相图磁性转变属于二级相变，固溶体或纯7.3.6．复杂二元相图的分析方法

分析复杂二元相图的步骤和方法如下：

(1)首先看相图中是否存在稳定化合物，如果有则以这些稳定化合物为界，把相图分成几个区域(基本相图)进行分析。(2)根据相区接触法则，认清各相区的组成相。单相区：代表一种具有独特结构和性质的相的成分和温度范围，若单相为一根垂线，则表示该相成分不变。双相区：邻区原则是含有P个相的相区的邻区，只能含有P+/-1个相。违背了这条原则，无法满足相律的要求。两相区中平衡相之间都有互溶度，只是互溶度大小不同而已。81精选可编辑ppt7.3.6．复杂二元相图的分析方法分析复杂二元相图的步骤和

(3)

找出所有的三相共存水平线，分析这些恒温转变的类型，写出转变式。表7.1列出了二元系各类三相恒温反应(转变)的类型，可借助于分析。82精选可编辑ppt(3)

找出所有的三相共存水平线，分析这些恒温转变的类型，83精选可编辑ppt83精选可编辑ppt

(4)

应用相图分析典型合金的组晶过程和组织变化规律。单相区；相成分、质量与原合金相同。双相区；在不同温度下两相成分沿相界线变化，各相的相对量可由杠杆法则求得。三相共存(平衡)时，三个相的成分固定不变，可用杠杆法则求出恒温转变前、后相组成的相对量。84精选可编辑ppt(4)

应用相图分析典型合金的组晶过程和组织变化规律。

(5)

在应用相图分析实际情况时，切记相图只给出体系在平衡条件下存在的相和相对量，并不能表达出相的形状、大小和分布；相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条件下很难达到平衡状态，因此要特别重视它们的非平衡条件下可能出现的相和组织。85精选可编辑ppt(5)

在应用相图分析实际情况时，切记相图只给出体系

(6)

相图的正确与否可用相律来判断。在分析和认识了相图中的相、相区及相变线的特点之后，就可分析具体合金随温度改变而发生的相变及组织变化。86精选可编辑ppt(6)

相图的正确与否可用相律来判断。86精选可编相图与力学性能的关系87精选可编辑ppt相图与力学性能的关系87精选可编辑ppt88精选可编辑ppt88精选可编辑ppt2.判断合金的工艺性能