《元相图分析》PPT课件

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1、7.3二元相图分析主要讨论匀晶相图及固溶体凝固共晶相图及其合金凝固包晶相图及其合金凝固其他类型的二元相图复杂二元相图的分析方法根据相图推测合金的性能二元合金相图分析实例Fe—C合金的组织和性能Al2O3—SiO2系的组织性能Cu—Zn合金Cu—Sn合金7.3.1匀晶相图和固溶体凝固由液相直接结晶出单相固溶体（solidsolution），的过程称为匀晶相变。匀晶相图：匀晶相图的特点：两组元在液态和固态都能无限相互溶解。当两个金属组元之间形成无限固溶体时，其条件为：两者的晶体结构相同，原子尺寸接近，△r<15%，

2、两者具有相同的原子价的电负性。1.匀晶相图的分析两点：端点分别为纯Cu、Ni的熔点。两线：相图由一条液相线和一条固相线组成。三区：液相区(用L表示)、固溶体区(用α表示)、结晶区间(用L+α表示)。当系统处于两相平衡时f=1。有些合金的匀晶相图还有极点：在Au-Cu、Fe-Co、Ti-Zr合金的相图上有极小点；在Pb-Tl、Al-Mn合金的相图上有极大点。在分析此类匀晶相图时，把极小点和极大点的合金看作一个组元，该点的合金结晶是在恒温下进行的。2.固溶体的平衡凝固平衡凝固（equilibriumsolidifi

3、cation）：平衡组织（equilibriummicrostructure）：Cu—Ni合金冷却曲线（coolingcurve）：温度－时间曲线结晶过程：L→L+α→αCu—Ni合金平衡结晶时的组织变化示意图：成分均匀化：每时刻结晶出的固溶体的成分不同。©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.⑴.固溶体合金凝固时结晶出来的固相成分与原液相成分不同。固溶体

4、凝固为异分结晶(选择结晶)；纯金属凝固结晶为同分结晶⑵.固溶体凝固需要一定的温度范围，即为一个变温结晶过程。固溶体结晶过程中的自由度数为1，在此温度范围内，只能结晶出一定数量的固相。固溶体平衡凝固过程分为三个过程：①液相内的扩散过程。②固相的继续长大。③固相内的扩散过程。固溶体的凝固过程也是一个形核和长大的过程。固溶体的凝固与纯金属的凝固相比有两个显著特点：3.固溶体的不平衡结晶(链接)对非平衡凝固结论如下：(1)固相、液相的平均成分分别与固相线、液相线不同，有一定的偏离，其偏离程度与冷却速度有关。冷却速度越大

5、，其偏离程度越严重；冷却速度越小，偏离程度越小，越接近于平衡条件。液相线的偏离程度较固相线小。(2)先结晶部分含有较多的高熔点组元(Ni)，后结晶部分含有较多的低熔点组元(Cu)。(3)非平衡结晶条件下，凝固的终结温度低于平衡结晶时的终止温度。结晶的温度范围增大。非平衡凝固(结晶)（non-equilibriumsolidification）:不平衡组织（non－equilibriummicrostructure）:原因:冷速快(假设液相成分均匀、固相成分不均匀)。固溶体非平衡结晶时，一个晶粒内部化学成分不均匀

6、，称为晶内偏析。先结晶的晶粒与后结晶晶粒的成分是不同的，这种成分的不均匀称为晶间偏析。由于固溶体一般都以枝晶状方式结晶，先结晶的枝晶轴（干）含有高熔点组元多，而后结晶的分枝枝晶间含有低熔点的组元多，导致先结晶的枝干和后结晶的枝间成分不同。在一个枝晶范围内成分不均匀的现象称为枝晶偏析（dendriticsegregation）。枝晶偏析对合金的力学性能影响较大。枝晶偏析程度大小与铸造时冷却条件、原子的扩散能力，相图形状有密切关系:(1)冷却速度：在其它条件不变时，V冷越大，晶内偏析程度严重，但得到枝晶较小。如果冷

7、速极大，致使偏析来不及发生，反而又能够得到成分均匀的铸态组织。(2)合金的结晶范围：偏析元素在固溶体中扩散能力越小，相图上液、固相线间距离的间隔愈大，形成树枝晶状偏析的倾向愈大。要消除枝晶偏析采用均匀化退火(扩散退火diffusionannealing)7.3.2共晶相图及合金凝固组成共晶相图（theeutecticphasediagram）的两组元的相互作用的特点是:液态下两组元能无限互溶，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(theeutecticreaction)

8、。共晶转变是在一定条件下(温度、成分不变)，由均匀液体中同时结晶出两种不同固相的转变。即：L→α+β具有共晶转变的相图称为共晶相图。所得到两固相的混合物称为共晶组织(eutecticstructure)，其特点是两相交替细弥混合，其形态与合金的特性及冷却速度有关，通常呈片层状。共晶体的结构共晶相图的建立1.共晶相图分析相图中的三个基本相：液相（L）、固相α和β点：纯组元熔点；最大溶解度