第七章二元系相图及其合金的凝固(上)ppt课件.ppt

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1、第七章二元系相图及其合金的凝固7.1二元合金相图及合金的凝固7.2铁碳相图及铁碳合金7.3二元合金的凝固理论7.1二元合金相图及合金的凝固由于工业上广泛使用的金属材料绝大多数是合金，因此要想合理的使用合金材料，就必须进一步了解合金的凝固过程。合金相图是反映合金在加热和冷却时，合金中各种组织形成与变化规律的重要资料，它是研究合金材料的重要工具之一，也是许多理论研究和制定实际生产工艺的重要依据，所以掌握好合金相图，对于从事合金材料研究的科技人员是十分重要的。7.1二元合金相图及合金的凝固7.1.1相图的表示和测定方法7.1.2相图热力学的基本要点7.1.3二元相图分析7.1.1相图的表示和测

2、定方法一、相图的表示法由于通常所研究的金属或合金的相变都是在常压下进行的，所以在相图表示时一般可以不考虑压力因素的影响，只需考虑温度和成分两个因素的影响。1.二元系相图的表示法由于二元合金的凝固是在一个大气压下进行，所以二元系相图的表示多用一个温度坐标和一个成分坐标表示，即用一个二维平面表示。该平面内的任何点，称为表象点（相图中由成分和温度所确定的任何点），一个表象点反映一个合金的成分和温度，所以表象点可反映不同成分的合金在不同温度时所具有的状态。成分温度表象点2.二元合金成分的表示法二元相图中合金的成分按国家标准有两种表示法：①质量分数（w）：②摩尔分数（x）：式中：wA、wB分别为A

3、、B组元的质量分数；ArA、ArB分别为组元A、B的相对原子质量，xA、xB分别为A、B组元的摩尔分数，并且wA+wB=100%质量分数。xA+xB=100%摩尔分数。二、相图的建立相图的建立主要是用实验方法，测出物质在温度、成分或压力改变时发生相变(或状态改变)的临界点，而绘制出来的。测定物质相变临界点的方法很多，如热分析法、金相法、硬度法、X射线分析法、膨胀法和电阻法等。这些实验方法都是以物质相变时，伴随发生某些物理性能的突变为基础而进行的。为了测量结果的精确，通常必须同时采用几种方法配合使用。下面介绍用热分析法建立二元合金相图的具体步骤：1、将给定两组元配制成一系列不同成分的合金

4、；2、将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它们的冷却曲线；3、找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点）；4、将各临界点标在温度-成分坐标中相应的合金成分线上；5、连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线；6、用相分析法测出相图中各相区（由上述曲线所围成的区间）所含的相，将它们的名称填入相应的相区内，即得到一张完整的相图。用热分析法建立Cu-Ni二元合金相图的具体过程见下图：7.1.2相图热力学的基本要点相图是反映多元系（合金系）中各不同成分合金相平衡关系的一种图形，也是反映合金状态与温度、成分之间关系的图解。相图一般都是用各种实验方法测定绘制的，但相图是以热力学为理论基

5、础的，因此人们试图通过热力学计算法来建立相图。计算机的问世使这种想法成为可能，目前借助计算机用热力学计算法，已能建立简单的相图。用热力学计算法建立相图，是通过计算各合金相的自由能-成分曲线来建立相图的。一、溶体的自由能-成分曲线这里溶体是指组元组成的溶液和固溶体。由热力学可知溶体的自由能G=H－TS式中：H是溶体的热焓，S是溶体的熵。由于在等压条件下热焓和熵都是温度T和溶体成分的函数，即H=f(T,X),S=f(T,X)。因此只要得出热焓和熵与温度和成分的关系曲线，就不难得到溶体的自由能-成分曲线。为了使问题简化，可先讨论在一定温度时，如绝对零度时，热焓和熵与溶体成分的关系曲线，这样就能

6、使上述双变量函数，简化为单变量函数HT=f(X),ST=f(X)。1.绝对零度时溶体的热焓-成分曲线溶体在绝对零度时的摩尔热焓H°，通常可认为是溶体中各原子结合能的总和。如在A-B二元系中，原子的结合方式有三种，即AA、BB(同类结合)，AB(异类结合)，它们之间的结合能可分别用EAA，EBB和EAB表示，它们都是负值，因为要破坏原子间的结合必须提供热量。因此原子间的结合能越低，它们之间的结合越稳定。当二元系中两组元之间的结合能为:①EAB=(EAA+EBB)/2时，即AB原子对的结合能等于同类原子结合能的平均值，则A、B原子呈统计均匀分布，相当于理想固溶体；②EAB＜(EAA+EBB)

7、/2时，即AB原子对的结合能小于同类原子结合能的平均值，则异类原子易于结合，形成有序固溶体；③EAB＞(EAA+EBB)/2时，即AB原子对的结合能大于同类原子结合能的平均值，则同类原子易于结合，AB原子发生偏聚，使单一的溶体分解为两种不同成分的溶体。在以上三种不同情况下，溶体在绝对零度时的热焓-成分曲线见下图:H°-成分曲线①呈直线②呈凹曲线③呈凸曲线EAB=(EAA+EBB)/2EAB＜(EAA+EBB)/2EAB＞(EAA+E