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时间:2020-09-26
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1、工程材料与热加工基础TheFundamentalsofEngineeringMaterials&HeatProcessing第一节二元相图的建立MensurationofBinaryPhaseDiagrams一、二元相图的表示方法合金状态图是用图解的方法表示合金系中各种合金状态与温度和成分之间关系的一种简明示图,也称为平衡图或相图(不同成分、温度下合金中相的平衡关系)。第四章二元合金相图二、二元相图的测定方法相图的建立一般采用热分析法,其基本思路是先配制一系列不同成分的给定合金,绘制它们各自的冷却曲线,然后由冷却曲线上的临界点绘
2、制相图。100%Ni温度℃时间Cu20406080NiNi%TNiTCu80%Ni60%Ni40%Ni20%Ni100%Cu(a)(b)Cu-Ni合金相图的测绘(a)冷却曲线(b)Cu-Ni相图三、相律相律是分析和使用相图的重要理论依据,它表示在平衡条件下,系统的自由度数、组元数和平衡相数之间的关系式。在衡压条件下,其数学表达式为:f=c-p+1式中f-自由度数c-组元数p-平衡相数第二节二元合金相图的基本类型从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合
3、金系称为匀晶系。属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。一、匀晶相图及固溶体的结晶IsomorphousPhaseDiagrams1、相图分析点:凝固点(Cu:1083℃;Ni:1452℃)线:液相线 固相线区:L α L+α2、固溶体合金的平衡结晶过程(以Ⅰ点成分的Cu-Ni合金为例分析结晶过程)匀晶转变的平衡结晶过程:L→L+α→α匀晶结晶有下列特点:a)与纯金属一样,α固溶体从液相中结晶出来的过程中,也包括有生核与长大两个过程,但固溶体更趋向于树枝状长大。b
4、)固溶体结晶是在一个温度区间内进行,即为一个变温结晶过程。c)在两相区内,温度一定时,两相的成分(即Ni含量)是确定的。d)两相区内,温度一定,两相相对量一定。3、杠杆定律杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点,而支点为合金的成分点。证明:Q合金,其Ni含量b%,T1温度时:L相中Ni%=a%,a相中Ni%=c%;Q合金%×b%=QL%×a%+Qa%×c%又因为:Q合金=QL+Qa所以(QL+Qa)%×b%=QL%×a%+Qa%×c%由杠杆定律可算出在T1时液相和固相在合金中的质量分数:运用杠杆定律时要注意:只适用于相图中两相区
5、并且只能在平衡状态下使用。杠杆定律的应用:1、确定某一温度下两平衡相的成分2、确定某一温度下两平衡相的相对量4、非平衡结晶与枝晶偏析固溶体不平衡结晶所形成的枝晶偏析是指一个晶粒内部成分的不均匀现象;而固溶体的在结晶时,沿一定方向结晶过程中,在一个较大区域范围内也会出现成分差异,这称为宏观偏析。性能就不均匀成分不均匀组织不均匀消除枝晶偏析采用扩散退火(或均匀化退火)。二、共晶相图BinaryEutecticPhaseDiagrams大多数二元合金在液态时相互无限溶解,而在固态时并不能完全互溶,发生共晶转变形成有限固溶体。具有共晶转
6、变的典型合金系有Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi等,它们的相图都属于共晶相图。1、相图分析1997.51)组元:Pb,Sn2)相:L,α,β(α、β是有限固溶体)3)点、线:a,b,c,d,e液相线:aeb固相线:acedb共晶反应线:ced在共晶线温度发生共晶反应,转变过程中是三相(L,,)共存。溶解度线:cfSn在Pb中的溶解度线或称α相的固溶线,α固溶体中Sn的溶解度极限曲线;dgPb在Sn中溶解度线或称β相的固溶线:β固溶体中Pb的溶解度极限曲线。4)相区:三个单相区:L、α、β(α、β是有限固溶体)三
7、个双相区:L+α、L+β、α+β三相区:L+α+β(水平线)5)共晶体:共晶反应产生共晶体(α+β)。(1)合金Ⅰ的平衡结晶过程2、典型合金的结晶过程析出温度降低,固溶体的溶解度下降。从固态α相中析出的β相称为二次β,常写作βⅡ。同样现象也发生在β固溶体一端,即β→αⅡ。由于固溶体中溶解度的减少而析出另一固相的反应叫二次结晶反应或脱溶反应。运用杠杆定律,两相的质量分数为:合金室温组织由α和βⅡ两相组成。(共晶合金)Le→ac+βd合金的室温组织全部为共晶体,即只含一种组织组成物(即共晶体);而其组成相仍为α和β相。(2)合金II
8、的平衡结晶过程组织组成物是指合金组织中那些具有确定本质,一定形成机制的特殊形态的组织部分。LL+(ac+βd)(ac+βd)【(af+βII)+(βg+aII)】共晶恒温析出共晶合金组织的形态(机械混合物,两相交替分布其中黑色片层为α相,白色基体为β相)室温下:
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