2.4 合金的结晶

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1、2.4合金的结晶2.4.1二元合金相图的基本知识相图是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。是合金体系中材料的状态、组织与温度、成分间关系的简明图解。平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成分和质量分数不再变化所达到一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认为是平衡的结晶过程。时间温度温度成分热分析法建立Cu-Ni相图固相线液相线2.4.2相图的建立CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831

2、455L+纯铜熔点纯镍熔点液相线固相线液相区L固相区液固两相区2.4.2相图的建立由相图确定某成分合金在某温度时的相由相图确定给定合金的相变温度由相图某成分合金在某温度时的两个平衡相的成分和相对质量－杠杆定律2.4.3相图的应用2.4.3相图的应用设合金的质量为Q合金,其中Ni质量分数为b%,在T1温度时, L相中的Ni质量分数为a%, α相中的Ni质量分数为c%。2.4.3相图的应用合金中含Ni的总质量=L相中含Ni的质量+α相中含Ni的质量因为所以化简后得2.4.3相图的应用质量分数2.4.3相图的应用1．匀晶相图2．共晶相图3．包晶相图4.共析相图2

3、.4.4典型相图分析CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+匀晶相图cdT,CtLLL匀晶转变L冷却曲线匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。匀晶合金的结晶过程匀晶相图CuNi2040608010010001100120013001400150010831455LL+Ni%固溶体的不平衡结晶1)工业生产中合金溶液浇注后的冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离平衡条件，称为非平衡凝固(结晶)。2)非平

4、衡凝固(结晶)得到的组织称为不平衡组织。匀晶相图固溶体结晶时成分是变化的　（固相线和液相线），如冷却较快，原子扩散不能充分进行，则会形成成分不均匀的固溶体。固溶体一般都以枝晶状方式结晶，使得一个晶粒中先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多，结果造成在一个晶粒内化学成分的分布不均，这种现象称为枝晶偏析。枝晶偏析的合金对合金的力学性能影响较大。容易导致合金塑性韧性下降；易引起晶间腐蚀，降低合金的抗蚀性能。消除枝晶偏析的方法采用扩散退火。匀晶相图共晶相图：液相组元无限互溶，固相组元有限溶解的合金系，当溶质超出固溶体溶解极限时，冷却过程

5、中发生共晶转变，这类合金构成的相图称为共晶相图。从一个液相中同时析出两个固相L→+共晶相图PbSnSn%T,C液相线L固相线+L+L+固溶线固溶线ABEMNFG共晶相图简介共晶相图PbSnT,CL+L+L+共晶反应线表示从M点到N点范围的合金，在该温度上都要发生不同程度上的共晶反应。ce共晶点表示E点成分的合金冷却到此温度上发生完全的共晶转变。dLEM+NABEMNFGPbSnT,CL+L+L+183ced共晶转变在恒温下进行。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温

6、度最低。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。共晶转变要点须知共晶相图cefgX1T,CtLLLL+冷却曲线+ⅡⅡ1234{PbSnT,CL+L+L+183ced共晶相图结晶过程分析（Ⅰ）T,CtLLLL+冷却曲线+ⅡⅡ1.没有共晶反应过程，而是经过匀晶反应形成单相固相。2.要经过二次析出反应，室温组织组成物为+Ⅱ组织组成物组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。共晶相图X2T,CtL(+)L(+)LL(+)共晶体冷却曲线(+)PbSnT,CL+L+L+1

7、83ced共晶相图结晶过程分析（共晶合金Ⅱ）共晶相图X3T,CtLL+(+)++Ⅱ12(+)+PbSnT,CL+L+L+183cedL+(+)+共晶相图结晶过程分析（亚共晶合金Ⅲ）共晶相图共晶相图标注了组织组成物的相图共晶相图共析转变：(+)共析体ABT,C+++cedL+L共析相图合金的使用性能与相图的关系2.2.5性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关。溶质的溶入量越多，晶格畸变越大，则合金的强度、硬度越高，电阻越大。两相组织合金的力学性能和物理性能与

8、成分呈直线关系变化。组织组成物的形态对