金属学及热处理_第3章_二元合金相图及合金的凝固.ppt

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1、金属学及热处理第3章二元合金相图及合金的凝固第3章二元合金相图及合金的凝固相图是表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其含量。掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，并根据要求研制新的合金。第3章二元合金相图及合金的凝固本章的主要学习内容：二元合金相图的建立；匀晶相图及固溶体的结晶；共晶相图及其合金的结晶；包晶相图及其合金的结晶；其它类型的二元合金相图；二元相图的分析和使用；铸锭的组织与缺陷。合金存在的状态通常由合金的成分、温度和压力三个因素确定。由于合金的加工处理常在常压下进行，所

2、以合金的状态可由合金的成分和温度两个因素决定。3.1.1二元相图的表示方法3.1二元合金相图的建立对于二元合金，通常用横坐标表示成分，纵坐标表示温度，建立二元合金相图。相图中任意一点的坐标值表示一个合金的成分和温度，如图中E点表示合金成分w(B)=40%,w(A)=60%，温度为500℃。ABA20406080w(B)/%T/℃200100300400500600700•E配制一系列成分不同的合金，测定合金相变点温度，便可在温度-成分坐标图上得到一系列坐标点。把各相同意义的点连接成线，这些线把坐标图划分出一些区，称为相区，标明各区存在的相名，相图建立完毕。相变点的常用测量方法有：热分析法；

3、膨胀法；电阻法等。3.1.2二元相图的测定方法3.1二元合金相图的建立3.1.2二元相图的测定方法3.1二元合金相图的建立用热分析法制作Cu-Ni二元合金相图过程临界点临界点上临界点下临界点液相线固相线3.1.2二元相图的测定方法3.1二元合金相图的建立液相线固相线Cu-Ni二元合金相图上临界点连接线称为液相线，表示合金结晶开始温度或加热过程中熔化终了温度。下临界点连接线称为固相线，表示合金结晶终了温度或加热过程中开始熔化温度。3.1二元合金相图的建立液相线之上，所有合金都处于液相，是液相单相区，用L表示。固相线之下，所有合金都已结晶完毕，处于固态，是单相固溶体相区，用α表示。液相线和固相

4、线之间，合金已开始结晶，但结晶过程尚未结束，是液相和固相两相共存区，用α+L表示。3.1.2二元相图的测定方法液相线固相线Lα+LαCu-Ni二元合金相图3.1二元合金相图的建立相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数（f）、组元数（c）和相数（p）之间的关系，是系统平衡条件的数学表达式。当系统的压力为常数时，则为：3.1.3相律及杠杆定律（1）相律及其应用f=c–p+2f=c–p+13.1二元合金相图的建立自由度是指在保持合金系中相数不变的条件下，合金系中可以独立改变的影响合金状态的内部（合金成分）和外部（温度和压力）因素的数目。当压力不变时，外部因素只有温度。纯金属：成分不变，只有温度独

5、立可变，因此纯金属的自由度数最多为1个。3.1.3相律及杠杆定律（1）相律及其应用二元合金：成分独立变量有1个，再加上温度因素，因此二元合金的自由度数最多为2个。f=c–p+13.1二元合金相图的建立利用相律确定系统中可能存在的最多平衡相数。3.1.3相律及杠杆定律（1）相律及其应用纯金属结晶时，温度不变，自由度数为零，同时共存的平衡相为液、固两相。单元系：组元数c=1，自由度最小为零f=0，同时共存的平衡相数应具有最大值，即：p=1–0+1=2对单元系，同时共存的平衡相数不超过2个。f=c–p+13.1二元合金相图的建立利用相律解释纯金属与二元合金结晶时的差别。3.1.3相律及杠杆定律（

6、1）相律及其应用纯金属结晶时存在液固两相，自由度为零，因此纯金属结晶只能在恒温下进行。二元合金结晶时，如果从液相中结晶出单一固相，则也是两相共存，自由度为1，所以温度可变，二元合金将在一定温度范围内结晶。如果从液相中直接结晶出两种固相，如何？f=c–p+13.1二元合金相图的建立在二元合金相图中，杠杆定律只适用于两相区。3.1.3相律及杠杆定律（2）杠杆定律在两相区，自由度为1，只有一个独立变量。如温度变化，两平衡相的成分必须随之而变。两个相的成分点之间连线称为连接线。两个平衡相的成分点即为连接线与平衡曲线的交点。LαL+αT1T2CL1CL2Cα1Cα1C3.1二元合金相图的建立在Cu-

7、Ni二元匀晶相图中，某一成分为C的合金在温度T时处于液固两相平衡状态。3.1.3相律及杠杆定律（2）杠杆定律设合金中液相的质量为wL，固相的质量为wα。因体系中Ni元素含量等于液相和固相中Ni元素含量之和，则有：CαCLCNiCuNi(%)NiLαLwLCL+wαCα=(wL+wα)C3.1二元合金相图的建立3.1.3相律及杠杆定律（2）杠杆定律CαCLCNiCuNi(%)NiLαL整理可以得出：wL/wα=(Cα-C)