材料科学基础-5-3 二元系相图.ppt

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1、§5-3二元系相图二元系统有两个组元，根据相律：F=C-P+2。对于凝聚（恒压）系统：F=C-P+1，二元系统最大的自由度数目F=2，这两个自由度就是温度和成分。故二元凝聚系统的相图，仍然可以采用二维的平面图形来描述。即以温度和任一组元浓度为坐标轴的温度-成分图表示。状态点温度轴成分轴一、二元系相图的建立实验方法热分析法金相组织法X射线分析法硬度法电阻法热膨胀法磁性法计算法相图热力学计算热分析法(ThermalAnalysis)：Cu-Ni合金相图无限缓冷下测各合金的冷却曲线标注在温度—成分坐标中连接各相变点选组元，配合金系，熔化确定各

2、合金的相变温度确定相区用热分析法建立Cu-Ni相图二、杠杆定律（LeverRule)杠杆定律的证明随结晶过程的进行，合金中各相的成分及其相对量都将发生变化。杠杆定律可解决相的成分和相对量的变化问题。证明合金C在t1温度时处于液、固两相平衡状态设合金C的总质量为1，液相的成分为CL，重量为wL，固相成份为Cα，重量为wα，那么由以上两式可以得出杠杆定律杠杆定律解决某一成分的合金在某一温度下的相组成。一垂线：成分线。一水平线：温度线。三点：原始成分点：垂线与成分线的交点。两个组成相成分点：水平线与相界线的交点。注意：只能计算双相区的相组成。

3、1.匀晶相图（Isomorphoussystem)由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。当两个组元化学性质相近，晶体结构相同，晶格常数相差不大时，它们不仅可以在液态或熔融态完全互溶，而且在固态也完全互溶，形成成分连续可变的固溶体，称为无限固溶体或连续固溶体，它们形成的相图即为匀晶相图。三、二元系相图的类型具有这类相图的合金系主要有Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。（1）相图分析2条线：液相线固相线2个单相区：固相区α液相区L1个两相区：L+αABWB%T液相线固相线αα+LL（2）平衡凝固1点以上液相1点开

4、始凝固，固体成分在对应固相线处1－2之间，温度下降，液体数量减少，固体数量增加，成分沿液相线和固相线变化，到2点，液体数量为0，固体成分回到合金原始成分，凝固完成2点以下固相冷却，无组织变化合金C冷却曲线及结晶过程示意图Lt1t2L+ααABCLL→ααt时间B％（3）有极值的匀晶相图a）具有极大点b）具有极小点Fe-Co、Co-Pb、Fe-Ni、Fe-V、Fe-W、Mn-Co、Mn-Ni、Pb-Ti、V-W、Ti-Zr等。TABLγL+γβγ+β（4）有晶型转变的匀晶相图如：Nd-Pr、Sc-ZrSc-Y、Hf-Ti、Ca-Sr一个液

5、相同时结晶出两个不同固相的过程称为共晶转变。两组元在液态下无限互溶，而在固态下互不相互溶或有限互溶，并发生共晶转变，形成共晶组织的相图，称为二元共晶相图。2.共晶相图(EutecticPhaseDiagram)LA+BABL+AL+BwB%两组元完全不溶（1）相图分析Lαβα+βL+αL+β液相线液相线固溶线固溶线固相线固相线α：B原子溶入A基体中形成的固溶体β：A原子溶入B基体中形成的固溶体固溶线（固溶度曲线）：反映不同温度时的溶解度变化。相区：3个单相区L,α,β3个两相区L＋α，L+β,α+β1个三相区L+α+β(水平线CED)根

6、据相律，三相平衡时：F=C-P+1=2-3+1=0此时三个平衡相的成分及反应温度都是确定的，在冷却曲线中出现一个平台。共晶线eutecticline——水平线CED共晶点eutecticpoint——E共晶温度eutectictemperature——TE共晶反应在一定温度下，由一固定成分的液相同时结晶出两个固定成分的固相的反应，称为共晶反应。（2）平衡凝固及其组织Pb-Sn相图①w(Sn）≤19％的合金Ⅰ室温下相组成物组织组成物相对量②共晶合金合金Ⅱw(Sn）＝61.9％室温下相组成物:组织组成物:hIj③亚共晶合金合金Ⅲw(Sn）＝

7、50％从一个固溶体中析出另一个固相——脱溶。次生的固溶体以表示（）。2室温下相组成物组织组成物组织组成物相对量④过共晶合金合金Ⅳw(Sn）＝85％⑤合金成分w(Sn）>97.5％结晶过程与亚共晶合金类似。室温平衡组织结晶过程与合金类Ⅰ类似。室温平衡组织合金Ⅰ、合金Ⅱ（共晶合金）、合金Ⅲ（亚共晶合金）室温平衡组织合金Ⅰ合金Ⅱ合金Ⅲ3.包晶相图(PeritecticPhaseDiagram)包晶反应在一定温度下，由一固定成分的液相与一个固定成分的固相作用，生成另一个成分固相的反应，称为包晶反应。根据相律包晶反应时F=0此时三个平衡相的成分及

8、反应温度都是确定的。（1）相图分析液相线固相线固溶线（1）相图分析TACTB-液相线TADPTB-固相线DF-α固溶体溶解度曲线PG-β固溶体溶解度曲线DPC（水平线）-包晶线P－包晶点相区：3个单相区L,