材料科学基础电子教案讲义教学课件ppt二元合金相图

2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章1,第四章 二元合金相图,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章2,第一节 相图的基本概念,主要内容如下： 相图的定义、表示方法及其测定； 相平衡的概念及相平衡的条件； 相律,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章3,相图,定义 合金系中相的状态和组织与成分、温度之间的关系图称为相图（压力恒定）。 二元合金相图的表示 相图的建立 实验测定法 理论计算法,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章4,相平衡,相平衡 合金中各相之间不发生相变（动态平衡）。 相平衡的条件 各组元在各相中的化学位相等。,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章5,相律,定义 在平衡条件下，系统的自由度数与相数、组元数之间的关系。 表达式 在压力恒定的条件下，有： F=C-P+1 式中，f 自由度数；C 组元数； P 相数 应用 确定自由度数； 确定系统由几相平衡共存；,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章6,杠杆定律,2. 应用 确定两平衡相的相对含量及各相所占的重量分数 确定两平衡相的成分 求合金成分,杠杆定律的表达式 在两相区内，两相的重量比与相图中所截两线段成反比。,或,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章7,第二节 匀晶相图,基本内容 匀晶转变与匀晶相图 固溶体的平衡结晶及其组织 固溶体的非平衡结晶及其组织,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章8,匀晶相图与匀晶转变,匀晶转变 由液相直接析出单相固溶体的过程。（L) 匀晶相图 完全具有匀晶转变的相图。（典型：Cu-Ni相图）,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章9,固溶体的平衡结晶及其组织,1. 平衡结晶过程 平衡结晶就是无限缓慢地冷却，原子扩散非常充分，时时达到相平衡条件的一种结晶方式。 2. 固溶体结晶机理 与纯金属结晶的相同处 与纯金属结晶的不同处,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章10,固溶体的非平衡过程及其组织,非平衡结晶过程 晶内偏析 一个晶粒内部成分不均匀的现象（微观偏析）。 3. 影响枝晶偏析的因素 冷却速度 相图中L-S相线的间隔 偏析元素的扩散能力 4. 消除枝晶偏析的手段 产生偏析的实质：原子扩散不充分，造成各处成分不均匀。 消除手段：扩散退火（均匀化退火）。,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章11,第三节 共晶相图,基本内容 共晶相图 典型合金的平衡结晶过程 初晶与共晶组织 共晶合金的不平衡结晶及组织,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章12,一、共晶相图,共晶转变 一定成分的液相（L），在恒温下同时析出两个不同成分的固相。 以Pb-Sn相图为例：,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章13,二、典型合金的平衡结晶过程,合金I L，L，（匀晶转变） 室温相： 室温组织： ,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章14,二、典型合金的平衡结晶过程,合金II L，L， +II(脱溶）， + 室温相： + 室温组织： +II,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章15,二、典型合金的平衡结晶过程,合金III （亚共晶合金） L，L， +II(脱溶）， + 室温相： + 室温组织： +II,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章16,合金IV （共晶合金） L, LE (M+N）共晶，+,II，+II， 室温：； 室温组织： （ ）共晶 （忽略II 、II ）,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章17,合金V（过共晶合金） L, L 初 ，LE (M+N）共晶，+,II，+II， 室温：； 室温组织： （ ）共晶 初,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章18,初晶与共晶组织,初晶（先共晶相） 发生共晶反应之前，从液相中直接析出的初生固溶体。 共晶组织（两相机械混合物） 形态 金属金属型共晶组织的形成机制（以层片状共晶为例）,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章19,共晶合金的不平衡结晶及组织,伪共晶 不是共晶成分的合金获得全部共晶体的组织。 离异共晶 在共晶相数量较多而共晶体数量很少的情况下，共晶体中与初晶相同的一相往往依附于初晶生长，而使共晶中的另一组成相留在晶界或枝间处，从而看不出典型的共晶组织形态。把这种两相分离的共晶组织称为离异共晶。,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章20,第四节 包晶相图,基本内容 包晶相图 典型合金的平衡结晶 包晶转变机理及不平衡结晶 包晶转变的应用,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章21,一 包晶相图,包晶转变 一定成分的液相和一定成分的固相在恒温下转变成为另一固相。 以Pt-Ag相图为例： LC +D P,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章22,二、典型合金的平衡结晶,合金I,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章23,合金II,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章24,三、包晶转变机理及不平衡结晶,包晶转变机理 不平衡结晶 包晶转变的不完全性 包晶偏析由于包晶转变的不完全性而产生的组织变化与成分偏析的现象（微观偏析） 扩散退火可以消除或改善包晶偏析,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章25,四、包晶转变的应用,细化晶粒 轴承合金,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章26,第五节 其它类型的二元合金相图,基本内容 具有化合物的相图 具有固态相变的相图 熔晶、偏晶和合晶相图,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章27,一、具有化合物的相图,1. 具有稳定化合物的相图 稳定化合物加热时具有固定的熔点，在熔点以下保持固有的结构不发生分解。 在相图上把这种化合物看做一个独立组元，用一条垂线表示，并把相图分成两个独立的相图。例：Mg-Si系 2. 具有不稳定化合物的相图 不稳定化合物加热时没有明显的熔点，化合物在熔点以下发生分解。 不稳定化合物无论是处于一条垂线上或存在于一定范围的相区中，均不能作为一个独立的组元而将整个相图划分为两部分。例：K-Na系,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章28,二 固态相变,固态相变 固态金属的组织结构在温度和压力改变时发生的变化。（一种结构的固相转变成为另一组织结构的固相）,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章29,二 固态相变,1. 具有同素异构转变的相图 Fe-Fe3C系,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章30,二 固态相变,2. 具有共析转变的相图 共析转变 一定成分的固相在恒温下同时析出两个不同成分的固相。（属于共晶型转变，但是没有液相参与反应） 例：Fe-Fe3C系：,（PSK共析线）,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章31,二 固态相变,3. 具有包析转变的相图 包析转变 两个不同成分的固相在恒温下转变成另一成分的固相。（属于包晶型转变，但是没有液相参与反应） 例: Fe-Ta 系,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章32,二 固态相变,4. 具有脱溶转变的相图 例： AlCu,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章33,二 固态相变,5. 具有有序化转变的相图 在相图中用虚线表示有序化转变,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章34,三 熔晶、偏晶与合晶相图,具有熔晶转变的相图 Fe-B系： 具有偏晶转变的相图 Cu-Pb系： 具有合晶转变的相图 Na-Zn系：,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章35,小结,二元相图中，有水平线的地方必有三相平衡反应。,三相平衡反应中，有液相参加的三相平衡反应“晶”；没有液相参加的三相平衡反应 “析”,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章36,第六节 二元相图的分析方法及应用,基本内容 二元相图的一些几何规律 相区接触法则 二元相图中的三元平衡区必定是一条等温水平线。 相区分析的一般步骤 二元相图的应用,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章37,二元相图的一些几何规律,相区接触法则 相图中相邻相区的相数差为一（点接触除外）。即两个单相区之间必定有一个由这两个组成的两相区；两个两相区之间必须以单相区或三相区（水平线）隔开。,二元相图中的三相平衡区必定是一条等温水平线。 相律：f=C-P+1=2-3+1=0,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章38,相区分析的一般步骤,看相图中是否存在稳定化合物。如存在的话，则将稳定化合物作为独立组元，把相图分成几个部分进行分析。 确定各单相区及其中的相。根据相区接触法则，确定各相区中的组成相，并分析各相界线及成分点的意义。 找出三相共存水平线及与其点接触的三个单相区。由三个单相区与水平线的相对位置确定三相平衡转变的性质。 应用相图分析具体合金的结晶过程和组织。利用杠杆定律计算两相或两组织的相对量。,2019/4/28,Introduction to Materials Science,第四章39,二元相图的应用