二元共晶相图.ppt

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1、4.3二元共晶相图大多数二元合金在固态并不能完全相熔，只能部分互熔，形成有限固熔体，并具有共晶转变特性。如：Pb-Sn;Al-Si;Al-Cu;Mg-Si;Al-Mg等合金。4.3.1相图分析：一般的二元相图中有三个基本相：液相L；固相α和固相β。α相为成分B熔于成分A中形成的固熔体；β相为成分A熔入成分B中形成的固熔体。我们以Pb-Sn相图为例讨论二元相图。图中有三个单相区：L；α；β。三个两相区：L+α；L+β；α+β。一个三相区(线段MEN)：L+α+β。共晶转变指具有E点成分的液相，当冷却至温度tE时，将同时结晶出两个成分不同的固相

2、：M点成分的α相和N点成分的β相。其共晶反应式为：LEtEαM+βN发生共晶转变的温度称为共晶温度。凡成分在MN范围之内的合金，冷却到温度tE时都会发生共晶反应，称MN线为共晶线。E点称为共晶点或共晶成分。Pb-Sn合金的二元共晶组织显微像片共晶反应的产物是两个固相的混合物，称为共晶体或共晶组织。成分对应于共晶点的合金叫共晶合金；B成分低于E的合金叫亚共晶合金；B成分高于E的合金叫过共晶合金；成分位于M点以左和N点以右的合金叫端部固熔体合金。相图中的M点和N点分别表示α相和β相的最大溶解度极限。随着温度的降低，α相和β相的溶解度将分别沿着曲

3、线MF和NG变化，故称此两条线为固熔线。4.3.2共晶系合金的平衡凝固组织按相变特点和组织特征，共晶系合金的平衡凝固组织分为：端部固熔体，亚共晶合金，共晶合金和过共晶合金四类。4.3.2.1端部固熔体合金：以Pb-Sn合金(wC=0.1)为例。先画出该合金的冷却曲线。从降温过程可以看出：在温度t1时开始结晶出α固熔体；在t2时结晶完毕，为单相固熔体晶粒；在t2到t3之间无相变，也无组织变化。冷却到t3遇到固熔线以后，Sn在α中的熔解度将不断减少，多余的Sn就以β固熔体的形式从α中析出。在从t3冷至t4时，α和β相的平均成分分别沿着MF线和N

4、G线变化。这种由过饱和固熔体分离出另一种相的过程称为脱熔转变。脱熔相一般称为次生相，本例的次生相为β相，用βⅡ表示。本例合金的室温组织为α+βЏ。βⅡ一般分布在原α相晶粒的晶界上，有时也在晶内析出。次生相从固相中析出，相界圆滑，呈小颗粒状(见图4-20)。第二相的出现会影响合金性能。若第二相硬度较高并呈弥散状分布，则会使合金强化；若第二相沿晶界呈网状分布则会降低合金塑性。第二相的形态和分布可通过热处理控制。4.3.2.2共晶合金(wSn=0.619)：该成分合金从熔体冷却到共晶温度时，发生共晶转变：L0.619183ºCα0.19+β0.9

5、75熔体全部凝固成共晶组织，也称共晶体，用(α+β)共表示。共晶体中两个相的相对含量可由杠杆定律计算：αM=EN/MN×100%=45.4%βN=ME/MN×100%=54.6%共晶转变完成后继续冷却时，共晶体中的α与β相都要发生脱熔转变，分别析出βⅡ和αⅡ。由于共晶体中的次生相常依附于共晶体中的同类相析出，所以在显微镜下难以识别。Pb-Sn二元共晶合金在室温下的组织见图4-18，黑色部分为α相，白色部分为β相，两相呈片状交替分布。4.3.2.3亚共晶合金(wSn=0.5)：成分位于ME之间的Pb-Sn合金都属于亚共晶合金。凝固过程和组织都

6、极为相似。当合金从液态冷却到t1时，结晶出α相，随温度降低，α相增多，L和α的成分分别沿tAE和tAM线变化。降温至t2时，α相的成分变至M点，L相的成分变至E点。此时剩余的液相发生共晶转变，并在冷却曲线上形成平台，直至液相全部消失为止。凝固后的组织为α初+(α+β)共(α初指从液相中直接结晶出来的固熔体)。继续冷却，α和β相都要发生脱熔转变。室温下合金组织为α初+βⅡ+(α+β)共。这里的共晶体中析出的次生相在显微镜下不能分辨。该合金的显微组织如图4-22所示。图中黑色树枝晶为初生α固熔体，由于直接从液体中结晶，故比较粗大；分布在树枝间隙

7、中黑白相间的组织为(α+β)共晶体。从相图上看，该合金室温下仍处于α+β两相区内，是由α和β两个相所组成。图4-22黑色树枝晶为初生α固熔体，由于直接从液体中结晶，故比较粗大；分布在树枝间隙中黑白相间的组织为(α+β)共晶体分析显微组织的时候要注意区别组织组成物和相组成物。组织组成物是在结晶过程中形成的，有清晰轮廓的独立部分。如α初，βⅡ，(α+β)共等都是组织组成物；相组成物是指组成显微组织的基本相，有确定的成分及结构，但没有形态的概念。如合金中的α相和β相等等。合金中组织组成物的相对量可以根据相平衡概念，利用杠杆定律间接计算。以室温下S

8、n-Pb合金为例(wSn=0.5)：(α+β)共=Mt2/ME×100%=72.26%此式为t2温度(183ºC)时的值，忽略次生相的影响，可近似看成是室温下的值。βⅡ=(t2E