《材料科学基础》之二元相图及类型

5.2二元相图及类型相图：描写系统状态或相变与成份、温度、压力关系图解。相律：系统组元数、相数和自由度之间关系规律自由度：平衡相数目不变，给定系统中可独立改变、决定体系状态原因（温度、压力、浓度等）数目吉布斯相律：f=c-p+2

对于不含气相凝聚系统，可视为恒压条件：f=C－P+111/40热力学平衡条件只反应相数目，不能反应各平衡相结构、分布和详细形貌不能预测动力学过程自由度不能为负值22/40成份和固溶度、温度、相、相变33/40相图形式：相区、液相线、固相线NiCuNi%αLL+αL3L2L1

C

α3α2α1二、二元合金相图基本类型匀晶反应：从液相中直接结晶出固溶体反应。两种组元液态、固态无限互溶。(Cu-Ni,Ag-Au,Ag-Pt,Fe-Ni,Cu-Au,Cr-Mo，Fe2SiO4-Mg2SiO4)1、匀晶相图44/40液相成份改变∶

C→L1→L2→L3

固相成份改变∶α1→α2→α3→C合金平衡结晶过程（一定温度范围）：L→L+α→α

选分结晶：合金结晶过程中，液、固两相成份不一样，分别按照液相线和固相线改变，靠原子扩散实现55/40两相区液固相对含量符合杠杆定律66/40平衡凝固（结晶）：结晶过程，在每一个温度，两相成份和相对量都恪守杠杆定理冷却速度要足够迟缓，使得液、固相中原子得以充分扩散，先结晶

相成份也要随温度不停改变结晶结束时，得到与合金成份相同、均匀、单相、多晶固溶体凝固过程扩散：液相内扩散过程

相继续长大

相内扩散过程77/40不平衡凝固：液态合金冷却时，冷却速度大，成份扩散过程不能充分进行，反应不能按摄影图温度和成份平衡改变规律进行晶内偏析：不平衡结晶固溶体内部富含高熔点组元，而后结晶外部富含低熔点组元，晶粒内部出现成份不均匀现象88/40消除方法：均匀化退火，固相线以下100-200C长时保温Ni-70wt%Cu铸造枝晶偏析和扩散退火组织枝晶偏析：晶内偏析形成.使材料强度低、塑韧性差、耐蚀性差、高温时枝晶熔化。99/40有成份极点匀晶相图1010/40陶瓷体系匀晶转变1111/402、共晶相图两组元液态无限互溶，固态有限互溶或完全不互溶，恒温下液体反应生成固相混合物(Pb-Sn,Al-Si,Pb-Bi)。α+βLL+ααβL+β共晶反应(转变):一定温度（共晶温度）下，由一定成份（共晶成份）液相中同时结晶出两种一定成份固相转变。Pb-Sn共晶合金组织L→(α+β)

→(α+β)+αⅡ+βⅡ1212/40液相线:adb固相线acdeb三个单相区共晶点溶解度线：cf，eg1313/40L→L+α→α→α+βⅡ（二次脱溶析出）相：α,β组织：α,βⅡ

1414/40共晶合金:LL+(αc+βe)αc+βeαf+βII+βg+αII

室温下:相组成物α,β组织组成物:（α+β）共晶体（α+β）%=100%1515/40L→L+α→(αc+βe)+α初生→(α+β)+α

+βⅡ亚共晶合金室温下：相组成物α，β室温组织：α初生+βII+（α+β）1616/40Pb-Sn亚共晶合金Pb-Sn过共晶合金α初生+βII+（α+β）

β初生+αII+（α+β）

1717/40组织标注相图1818/40共晶组织形态1919/40共晶组织形态2020/40伪共晶:在不平衡条件下，由共晶点附近非共晶成份所得到全部共晶组织称为伪共晶。通常将形成全部共晶组织成份和温度范围称为“伪共晶区”或“配对区”或“共生区”。不平衡共晶：不平衡条件下，固相线下移，共晶温度下仍有少许液相，之后发生共晶转变形成。离异共晶：合金先共晶相数量很多，共晶数量极少是形成被分离开来共晶组成。2121/403、共析相图共析合金:

γ→(α+β)

→(α+β)+αⅡ+βⅡ共析反应（转变）:一定温度（共析温度）下，由一定成份（共析成份）固相中同时析出两种一定成份固相转变。

Fe-C合金共析组织α+βγγ+ααβγ+β2222/404、包晶相图2323/40b+aII

+aII

+

+

II＋

II2424/405、其它相图偏晶相图L1

L2+S

2525/40合晶相图L1+L2

S2626/40熔晶相图S1

L

+S2

2727/40包析相图

+

a2828/402929/406.形成化合物二元相图形成稳定化合物二元相图：稳定化合物指含有一定熔点，在熔点以下，保持自己固有结构而不发生分解，当温度到达熔点时，化合物发生熔解，熔解时所生成熔体与化合物成份完全一致。3030/403131/403232/40形成不稳定化合物相图:不稳定化合物加热至一定温度时，不是发生本身熔化，而是分解为两个相，所生成液相与原化合物显然不一样。3333/40非金属材料相图3434/403535/40二元相图一些几何规律（1）相邻相区之间相数差为1，点接触除外。两个单相区之间必有一个双相区。三相水平线只能与两相区相邻，而不能与单相区有线接触。两个单相区只能交于一点。（2）两相区与单相区分界限与水平线相交，其延长线进入两相区，而不会进入单相区。（3）全部水平线都代表了三相平衡恒温转变，水平线与参加平衡反应三个相区为点接触，接触点分别代表了三个相成份。转变类型可由三个相位置和性质确定。3636/40三、合金性能与相图关系使用性能3737/40力学性能：溶质元素→晶格畸变大→强度、硬度↑，（50%↑最大）

固溶强化、相界强化作用。物理性能：对导电、导热率影响。两相机械混合合金，其性能是两相性能平均值,，即性能与成份呈线性关系。各相分散度对组织敏感性能有较大影响。固溶体性能随合金成份呈曲线改变。形成稳定化合物（中间相）时，其性能在曲线上出现奇点。3838/40工艺性能铸造性能：结晶温度、流动性、收缩性、偏析。塑性加工性：变形抗力大小、塑性好坏。可否热处理性：是否存在相变，是否存在溶解度随温度改变。3939/40共晶合金熔点低，是恒温转变，熔液