二元合金相图.ppt

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1、第四节合金的结晶1、掌握合金结晶的基本概念；2、掌握几种基本的二元相图及其相变过程；3、能够利用相图判定一定条件下的金属性能。本节要点：合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析。相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解，又称状态图或平衡图。合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。多数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元,如Fe-C合金中的Fe3C。Cu-Ni合金相图L成分（wt%N

2、i）温度（℃）CuNi相图表示了在缓冷条件下，不同成分合金的组织随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。根据组元数,分为二元相图、三元相图和多元相图。Fe-C二元相图三元相图一、二元相图的建立几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。1.配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点和平台）的温度值。2.将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。3.将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。[以Cu-Ni合金(白铜)为例]（1）二元相图的建立步骤：相图中，

3、结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线叫固相线。⑵杠杆定律处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。①确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成分垂线。在成分垂线相当于温度t的o点作水平线，其与液固相线交点a、b所对应的成分x1、x2即分别为液相和固相的成分。12t以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律则QL+Q=1QLx1+Qx2=x解方程组得：式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段xx2(ob)、x1x2(ab)、x1x(ao)的长度。②确定两平衡相的相对重量设合金

4、的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q。因此两相的相对重量百分比为：两相的重量比为：上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。杠杆定律只适用于两相区。例（如图）二、二元相图的基本类型与分析两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称二元匀晶相图。1、二元匀晶相图LL+成分（wt%Ni）温度（℃）CuNi液相线固相线相图由两条线构成，上面是液相线，下面

5、是固相线。相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L，固相线以下为固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+）。⑴合金的结晶过程除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ合金为例说明。当液态金属自高温冷却到t1温度时，开始结晶出成分为1的固溶体，其Ni含量高于合金平均成分。LL+随温度下降，固溶体重量增加，液相重量减少。同时，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应。成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3时，最后一滴L3成分的液体也转变为固溶体，此时固溶

6、体的成分又变回到合金成分3上来。液固相线不仅是相区分界线,也是结晶时两相的成分变化线；匀晶转变是变温转变。合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体。但实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni合金中的Ni）,后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。(2)枝晶偏析在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。它不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加

7、工等性能。生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火。Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织平衡组织枝晶偏析组织2、二元共晶相图当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图。以Pb-Sn相图为例进行分析。Pb-Sn合金相图成分（wt%Sn）温度（℃）PbSn⑴相图分析①相：相图中有L、、三种相,是溶质Sn在Pb中的固溶体，是溶质Pb在Sn中的固溶体。②相区：相图中有三个单相区：L、、；三个两相区：L+

8、、L+、+；一个三相区：即水平线CED。AB③液固相线：液相线AEB，固相线ACEDB。A、B分别为Pb、Sn的熔点。④固溶线:溶解度点的连线称固溶线。相图中的CF、DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶线