典型相图分析4.ppt

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1、第四章典型相图分析相图知识二元匀晶相图与固溶体的凝固二元共晶相图二元包晶相图复杂二元相图的分析方法三元相图第一节相图知识一、相律对于恒压条件：f=c–p+1系统中有p相，c个组元，则成分引起的变数p(c-1)个。系统总的变数为p(c-1)+1在多相平衡时，任一组元在各相间的化学位相等，每个组元可写出个p-1等式，平衡条件总数为c(p-1)f=变数-条件数=p(c-1)+1-c(p-1)=c-p+1一、相律第一节相图知识二元相图：当存在两个组元时，成分也是变量，但一种组元的含量为独立，另一组元则为余下部分。

2、为在二维平面上表示，通常只考虑在常压下，取两个变量温度和成分。横座标用线段表示成分，纵座标表示温度。平面上以按这时平衡状态下存在的相来分隔。(如图)相图用途：由材料的成分和温度预知平衡相；材料的成分一定而温度发生变化时其他平衡相变化的规律；估算平衡相的数量。预测材料的组织和性能二、相图与冷却曲线的关系：第一节相图知识成分一定，在冷却过程中，不同的相热容量不相同，如果系统散热能力一样，温度随时间的变化(冷却)曲线上的斜率将不同，曲线的转折点对应温度就是某些相开始出现或完全小时的温度，利用这一特点，由实测的冷

3、却曲线可以作出相图。第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固一、相图形式两组元在液态和固态都能无限互溶。如Cu—Ni、Ag—Au形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图。相图的构成：由两条曲线将相图分为三个区。左右两端点分别为组元的熔点。上面的一条曲线称为液相线，液相线之上为液相的单相区，常用L表示；下面的一条曲线称为固相线，固相线之下为固溶体的单相区，常用α表示；两条曲线之间是双相区，标记L+α表示。二、两相平衡时的数量分配规律－－杠杆定律第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固如图，合金x在温度T1将由两相长期并存，这

4、时两相的成分和数量保持不变。过x点作水平线交液相线和固相线于a、c点，经热力学证明a、c点的成分分别为平衡的液体和固体的成分，设mL和m分别为两相的数量，由物质不灭可推导出：一般用占总体数量的百分比的相对值来表示。如果把线段axc当成一杠杆，则他们满足杠杆力的平衡原理，所以称之为杠杆定律。用杠杆定律来分析在理解和使用都有好的直观性和方便。适用所有两相平衡。三、固溶体材料冷却时组织转变第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固1点以上液体冷却1点开始凝固，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

5、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点以下固体冷却，无组织变化过程：三、固溶体材料冷却时组织转变第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固1.与纯金属凝固一样由形核和长大来完成结晶过程，实际进行在一定的过冷度下。2.凝固在一温度范围内进行。只有在温度不断下将时固体量才增加，温度不变，液固数量维持平衡不变。3.凝固过程中液体和固体的成分在不断变化。特点：四、固溶体材料非平衡冷却第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固从固溶体的凝固特征可知，在晶体长大过程中，组元元素

6、在析出的固相中不断的发生迁移。但原子在固体中的迁移相对结晶过程是较慢的(原子的迁移是扩散过程，以后专门讨论)，可见完全达到平衡凝固是较困难的，需要相当长的时间，一般的冷却凝固达不到平衡状态。过程：在冷却速度较快时的凝固是非平衡凝固，从相图中可见，在略低于开始凝固温度t1下开始析出的固体的成分为α1，到t2温度晶体表面生长的成分可为α2，由于扩散速度跟不上来，心部的成分来不及达到和表面一样就冷却到下一温度t3，因此析出的固体的成分表里不一，平均成分也偏离了固相线。到达平衡和固相线交点的温度tf时还有液相存在

7、，继续冷却到一更低的温度，固体的平均成分回到合金成分时液体消失，凝固过程才结束。四、固溶体材料非平衡冷却第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固非平衡凝固的特点有：①凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线；②凝固过程进行到一更低的温度才能完成；③生成固体的成分是不均匀的。随着冷却速度的加大，这些差别特点表现的愈明显。结果：生成固体的成分不均匀较偏析，快速冷却时在一个晶粒内部先后结晶的成分有差别，所以称为晶内偏析，金属的晶体往往以树枝晶方式生长，偏析的分布表现为不同层次的枝晶成分有差别，因此这种偏析又称枝晶偏析

8、。晶内偏析的程度决定于：相图中液—固相线相距愈远，组元元素原子的迁移能力愈低(扩散系数小)，冷却速度愈大，造成的晶内偏析将愈严重。消除偏析的方法：前两条原因是不可更改的，但并不是采用慢速冷却，因为慢速冷却会使晶粒变大，最高和最低成分之间的距离加大消除更困难，而是快速冷却，细化晶粒，会带来晶内的偏析，即宏观均匀而微观有大的差别，凝固后重新加热到略低于熔点温度，进行一段时间的保温，让原子在这时进行扩散迁移，达到均匀，这种方法称为均