金属工艺学5.ppt

1、匀晶相图,1083,1455,L,L+ ,纯铜熔点,纯镍熔点,液相线,固相线,液相区,固相区,液固两相区,相图结构：两点、两线、三区。,匀晶相图,（2 ）匀晶合金的结晶过程,a,b,c,d,T,C,t,L,L,L,匀晶转变 L ,冷却曲线,匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。,匀晶相图,-匀晶合金结晶过程,从液相中析出匀晶固相（固溶体）的成分变化 -析出固相成分沿固相线变化 -剩余液相成分沿液相线变化 -液相成分变化和固相成分变 化同步进行，并遵守杠杆定律,匀晶相图,成分过冷:由成分变化与实际温度分布共同决定的过冷。,G1：仍为正温度梯度； 平面晶 G2：小的成分过冷区； 胞状晶 G3：相当于负温度梯度； 树枝晶,2、共晶相图,两组元在液态互溶，在固态相互有限溶解，并发生共晶反应的合金相图，称为共晶相图。 由一个液相同时结晶出两个不同固相的过程称为共晶转变或共晶反应。 L + 具有这类相图的合金有Pb-Sn、Pb-Sb、Cu-Ag、Al-Si等。,t,表达式：,Pb,Sn,Sn%,T,C,液相线,L,固相线, + ,L + ,L + ,固溶线,固溶线,相界线把共晶相图分成六个相区：三个单相区L、相区；三个两相区为L+a、L+、+相区。共晶线DCE是L、三相平衡的共存线。,1、相图分析-铅-锡合金相图,共晶相图,Pb,Sn,T,C,L, + ,L + ,L + ,共晶反应线 表示从c点到d点范围的合金，在该温度上都要发生不同程度上的共晶反应。,c,d,共晶点 表示e点成分的合金冷却到此温度上发生完全的共晶转变。,e,Le c + d,共晶相图,共晶反应要点,共晶转变在恒温下进行。 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。,共晶相图,2.典型的合金结晶过程分析,c,e,f,g,X1,T,C,t,L,L,L,L+ ,冷却曲线, + ,1,2,3,4,（1）X1合金结晶过程分析,共晶相图,X1合金结晶特点,T,C,t,L,L,L,L+ ,冷却曲线, + , ,1.没有共晶反应过程，而是经过匀晶反应形成单相固相。,2.要经过脱溶反应，室温 组织组成物为 + ,组织组成物 组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。,共晶相图,（2）X2合金结晶过程分析 （共晶合金）,X2,T,C,t,L,(+ ),L,L,L(+ ) 共晶体,冷却曲线,(+ ),共晶相图,共晶组织中两相的相对含量为：,共晶相图,杠杆定律应用,注：和呈层片状交替分布，其中黑色为相，白色的为相,图5-14 Pb-Sn共晶合金的显微组织,共晶相图,（3）X3合金结晶过程分析 （亚共晶合金）,X3,T,C,t,L,L+ ,(+ )+ + ,1,2,(+ )+ ,共晶相图,共晶转变刚刚结束后，组织组成体和相的相对含量？,共晶相图,组织组成体：,相：和,W()=,=,60.5%,W()=,=,39.5%,杠杆定律应用,亚共晶合金,27.7,73.3,PbSn亚共晶+（ +）共晶+ ,注：暗黑色树枝状是初晶，其中白色颗粒为 ，而黑白相间者为 共晶体,共晶相图,（4）X4合金结晶过程分析 （过共晶合金）,X4,T,C,t,L,L+ ,(+ )+ + ,1,2,(+ )+ ,共晶相图,过共晶合金组织, + II +(+), II,(+),共晶相图,合金的组织构成,亚共晶合金： + ,成分在FG之间的合金均由 +相构成；但不同合金中两相的形成过程与形貌各不相同。,共晶合金与过共晶合金呢？,各成分合金的组织构成,先共晶+ +(+)共晶,先共晶+ +(+)共晶,(+)共晶,+,+,共晶组织形态,层片状,棒状,球状,针状,Pb-Sn共晶合金,Pb-Sn亚共晶合金,Pb-Sn过共晶合金,Pb-Sn合金的显微组织,例题：计算Pb-30%Sn合金冷却到室温时的相构成与组织构成，共晶体中各相所占的比例。,4,问题：共晶体中两相所占的比例如何计算?,共晶系合金的不平衡结晶现象 （1）伪共晶 定义：由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为,形成条件： 过冷度或冷却速度控制在右图阴影区,（2）离异共晶 定义：当先共晶相数量较多而共晶组织较少时，先共晶相形成后，共晶组织中与先共晶相相同的那一相会依附在先共晶相上上生长，,形成条件：成分控制在M或N附近,致使另一相单独存在于晶界，从而失去共晶组织的特征，这种两相分离的共晶称为,Al-4%Cu合金的铸态组织,均匀退火后,3 包晶相图 1 ) 定义：两组元在液态无限溶解，在固态相互有限溶解，并发生包晶转变的二元合金系相图。 PtAg、SnSb、CuSn、CuZn 包晶转变式： L + ,单相区 L、； 两相区 L、L、 三相区 P D C（包晶转变线） 包晶转变,2) 相图分析 液相线 A C B 固相线 A P D B 溶解度曲线： P E、D F,组织组成： +,Pt,Ag,合金,组织组成： +,实际中受扩散条件限制，包晶转变往往不完全 非平衡态,形成稳定化合物的二元合金相图,分析： 稳定化合物指熔化前不分解的化合物。 可将稳定化合物看作一个组元，从而把整个相图看成由若 干个简单相图所组成。,第七节 其它类型的二元合金相图,1、具有固态转变的二元合金相图,1)固态转变主要有： 固溶体的脱溶转变； 共析转变； 包析转变； 固溶体的同素异晶转变； 有序无序转变等。 2)固溶体的脱溶转变 固溶体因溶解度变化而发生的脱溶转变。如图所示。,3）共析转变： ( + ) 共析体,A,B,T,C, + , + , + ,c,e,d,L + ,L,由图分析可知： 从固相中同时析出两种不同新相的反应称为共析反应。 共析反应的产物为共析物。 由于共析反应在固态进行，所以共析组织比共晶组织要细得多。,第八节 二元相图的分析与应用 1二元相图的分析步骤 1）若有稳定化合物，则将其看作一独立组元，把相图分成 几个部分分析。,2）相区接触法则： 二元相图中，相邻相区中的相数只相差一个（点接触除外）。 分析时首先熟悉单相区中的相，再根据相区接触法则辨别其它相区。,3）找出与三相共存水平线点接触的三个单相区，确定三相平衡 转变的性质和反应式。,4）在两相平衡区，可应用杠杆定律求出各相的相对量。,共晶、包晶、共析反应图型与反应式比较,三 相图与合金性能之间的关系 （一）机械性能和物理性能,固溶体强硬度较纯金属高,纯金属导电性较固溶体高,线性,共晶成分附近性能突变,（二） 铸造性能,铸造缺陷： 偏析、疏松、缩孔等 结晶的温度范围、成分范围越大，偏析、缩孔等越严重。 铸造性能取决于结晶区间：液固相线之间距离越大(温度和成分的间距)，铸造性能越差。,结