二元合金相图及合金的凝固和组织讲解课件

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1、第五章二元合金相图及合金的凝固5.1相平衡与相图5.2匀晶相图及固溶体合金的凝固和组织5.3共晶相图及共晶系合金的凝固和组织2021/7/51合金两种以上的金属或金属和非金属熔合(或烧结)在一起而具有金属特性的物质分二元合金、三元合金，多元合金(四元以上)合金相图用图的形式表明一个合金系的成分、温度和相态之间的关系研究合金中各种相结构和组织的形成和变化规律的有效工具2021/7/525.1.1二元合金中存在的相相：一个体系中结构相同、成分和性能均一，并以界面相互分开的均匀部分。相与相之间有界面：如冰

2、和水;食盐水溶液是一个相，饱和溶液中析出食盐晶体为两个相。有界面分开的不一定都是相，如合金中同一相的不同晶粒。各微区的性质并不完全相同：成分偏聚造成各微区的成分并不完全均匀；结构缺陷也可能造成各微区的性质并不完全相同。2021/7/535.1相平衡与相图4一、相平衡概念和相律一个结构的相转变为另一种结构相的过程称为“相变”。从宏观上看，如果系统中同时共存的各相在长时间内不互相转化，可视之为处于“相平衡”状态。实际上这种平衡属于动态平衡。从微观上看，即使在平衡状态，组元仍会不停地通过各相界面进行转移，

3、只不过同一时间内相互迁移的速度相等而已。在平衡条件下，合金的组元数和相数之间存在着一定的关系，这种关系称为“相律”。5.1相平衡与相图5根据热力学定律，化学位差是组元在各相间转移的驱动力，组元转移会引起体系自由能变化。在、两相平衡系统中的平衡条件为i＝i即平衡时，同一组元在两相中的化学位相等。若合金中有c个组元，P个相，则它们的平衡条件为：系统的自由度为:f=C-P+2。式中C为合金系组元数，P为平衡共存的相数，f为自由度，2表示温度与压力两个因素。自由度是指不改变平衡系中平衡相数的独立

4、可变的因素的数目(T、P、平衡相的浓度)。5.1相平衡与相图6相律的推导相律可由热力学相平衡条件推导，由影响状态的可变因素减去相平衡决定的条件数即可确定自由度数。假定系统中有p个相，c个组元，则相组分引起的变数有p(c-1)个。系统的总变数为p(c-1)＋2。平衡条件数由热力学相平衡条件确定，在多相平衡时，组元在各相间的化学位相等。每个组元可以写出p-1个等式，c个组元的平衡条件总数应为c(p-1)。系统的自由度数f=变数-条件数=P(c-1)+2-c(p-1)=c-p+27在研究不包括气相反应在内

5、的合金相变时，压力的影响不大，可以忽略。相律的表达式为：f=C-P+1应用举例：纯金属最多只有两相平衡；二元系则存在三相平衡，此时自由度等于零。相律是分析、检验相图的理论基础，可以用于指导生产实践，具有普遍指导意义。相律的推导8相图的表示和实验测定方法一、单元系相图单组分体系的相律为:f=C-P+2=1-P+2=3-P单组分平衡体系最多能3相共存一个纯物质可以有许多不同的相态。例如炭：气相、液相、固相(无定形碳、石墨、金刚石、富勒烯族(C60)。但碳的相图中最多只能三相共存,不可能四相共存.9举例：

6、二、二元系相图二元合金相图常用温度、成分相图，表示合金的状态随成分和温度变化而发生变化的情况。相：一个物系中，结构相同，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。合金：由两种以上的金属和非金属熔合（或烧结）在一起而具有金属特性的物质。组元：组成一个体系的基本单元，例如单质（元素）和化合物。通常把具有n个组元都是独立的体系称为n元系，组元数为一的体系称为单元系。相图的表示和实验测定方法图二元Pb-Sb合金相图PbSb（X2）X1XaobLL+SbPb+Sb在相图中，任意一点都叫“表象点”。一个表象点

7、的坐标值反映一个给定合金的成分和温度。在相图中，由表象点所在的相区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。二元合金在两相共存时，两个相的成分可由过表象点的水平线与相界线的交点确定。相图的表示和实验测定方法2相图的建立建立相图的关键是要准确地测出各成分合金的相变临界点(临界温度)。测临界点的方法通常有热分析法、硬度法、金相分析、X射线结构分折、磁性法、膨胀法、电阻法等。由于合金凝固时的结晶潜热较大，结晶时冷却曲线上的转折比较明显，因此常用热分析法来测合金的结晶温度，即测液相线、固相线。相图的表示和实验测定

8、方法几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。相图的表示和实验测定方法二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例]1.配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。2.将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。3.将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。相图的表示和实验测定方法a）冷却曲线b）相图相图的表示和实验测定方法组元：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的均匀物质。组元数(c)：决定一个相