二元匀晶相图.ppt

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1、二元匀晶相图二元匀晶(Isomorphous)相图是二元合金相图中图形最简单的相图。具有匀晶相图的二元合金系统有Cu-Ni,Fe-Cr,Ag-Au,Nb-Ti,Cr-Mo,W-Mo等。右图所示Cu-Ni相图是最常见的二元匀晶相图，以此相图为例进行讨论，其它匀晶相图与此类似。一、相图分析1、相图的坐标纵坐标是温度坐标，横坐标是成分坐标：左端线是表示100％的Cu，右端线表示100％的Ni，从左至右Ni的含量增加(直至100％)、Cu的含量减少(直至0％)。2、相图中的线和区相图中有二条曲线，将整个图形分成三个区域。上面一条曲线称为液相线(Liquidline)，液相线以上的区域称为液相区(

2、Liquid-phasefield)，温度高于液相线时合金的状态为液相(L)；下面的一条曲线是固相线(Solidline)，固相线以下的区域为固相区(Solid-phasefield)，温度低于固相线时合金为固相(α)。两条曲线之间的区域是液、固两相共存的二相区(L+α)。二组元在液态和固态都能够完全相互溶解，所有成分(Ni:0~100%)的合金在固态只有一种晶体结构，相图中只有一个固相区。因此，能够形成匀晶合金系的两种组元必须具有相同的晶体结构，相同的原子价，原子半径接近(相差不超过15％)，相互不形成化合物。3、匀晶相图的特点二元合金在平衡状态下两相共存，如结晶时，可以利用杠杆定律(

3、Leverrule)计算出某一温度下两相的相对量。二、杠杆定律设合金的平均成分为x，合金的总量为Q，在温度T1时液、固两相平衡，液相的成分为xL、质量为QL，固相的成分为xS、质量为QS。则有：杠杆定律只适应于平衡相图的二相区。上式可变换为：或或还可以变换为：为了计算简便，一般取合金总量Q=1。因上述结果与物理学中的杠杆定律的表达式相似，所以这里也称为杠杆定律。合金的平均成分点看作杠杆的支点o；T1温度水平线与液、固相线的交点a、b为杠杆的两个端点；液、固两相的质(重)量为作用在端点上的力。三、典型合金冷却过程分析各种成分的Cu-Ni合金都属于匀晶合金。下面以Cu-53%Ni合金为例，分

4、别对合金结晶过程中液、固二相的成分变化规律，二相相对量的计算和微观组织的形成进行分析讨论。合金从液态开始缓慢冷却，当温度降低到液相线(1点)时，结晶开始。此时结晶出来的极少量固相成分为S1，液相的成分基本未变。随着温度降低，固相逐渐增多，液相不断减少。液相的成分沿液相线变化，固相的成分沿固相线变化。动画1、液-固两相成分的变化温度降低到1300℃时，液相成分为45%Ni,固相成分为58%Ni。当温度降低到2点，即固相线温度时，液相的成分为L2，固相的成分为合金的平均成分(53%Ni)。此时液相实际上已经不存在了，都已结晶成为固相。温度继续下降，一直冷却到室温，合金在固态没有任何转变发生。

5、仔细观察动画。1300˚C时，液相的相对量QL/Q（可以取合金总量Q=1）：2、相的相对量计算固相的相对量QS/Q：因为QL+QS=Q，取Q=1所以QS=1-QL=1-38%=62%匀晶合金在平衡条件下结晶，冷却速度极其缓慢，先后结晶的固相虽然成分不同，但是有足够的时间进行均匀化扩散。所以，室温下的组织是均匀的固溶体，在光学显微镜下观察，与纯金属十分相似。四、匀晶合金的非平衡结晶匀晶合金平衡组织示意图但是，在实际生产中合金的冷却速度很快，远远达不到平衡的条件。因此，固、液二相中的扩散来不及充分进行，先后结晶出来的固相中较大的成分差别被保留下来。这种成分差别的存在，还造成结晶时固相以树枝状

6、形态生长。因此，这种成分上的不均匀性被称为“树枝状偏析”或枝晶偏析。采用均匀化热处理(Homogenizingheattreatment)可以消除枝晶偏析。匀晶合金的非平衡组织