金属材料二元相图

4 2二元合金相图的基本类型和分析一 二元匀晶相图 在液态和固态两组元都能无限互溶的相图称为均晶相图 二元合金系Cu Ni Au Ag Fe Cr Fe Ni W Mo等具有这类相图 1 Cu Ni相图分析 分析 液相线 曲线Al1B 固相线 曲线Aa4B 液相区 液相线以上的液相L区域 固相区 固相线以下的固a相区域 液相线与固相线之间为液 固两相区 L a A为Cu的熔点 1083 B为Ni的熔点 1452 2 Cu Ni合金的平衡结晶过程如b 图所示 3 杠杆定理不同条件下相的成分及其相对量可用杠杆定理求得 1 确定两平衡相的成分 如图 a 所示 水平线与液相线L的交点即为相的成分 2 确定两平衡相的相对量方法是 设试验合金重量为1 液 固相重量分别为QL QS 则QL QS 1 设液 固相含Ni浓度分别为x1 x2 x为试验合金中的平均含Ni量 则 可得 用图中线段来表示 即为 所以 或 3 注意 杠杆定律只能用于两相平衡共存时计算 4 成分偏析 实际生产条件下为非平衡结晶 因此 先后结晶的部分成分会不相同 枝晶偏析 晶内偏析 先结晶的枝轴与后结晶的枝轴间成分不同 区域偏析 由于不平衡冷却造成宏观区域成分不一致 例如焊接接头中的中心线偏析和层状偏析 注意 杠杆定律只能用于两相平衡共存时计算 二 二元共晶相图二组元在液态无限互溶 而在固态仅有限互溶且发生共晶反应 以Pb Sn合金为例 1 相图分析 相及相区 有 L三种相 由三个单相区 三个双相区组成相图 AEB为液相线 ACEDB为固相线 共晶线为CED线 称为共晶反应线 共晶反应 浓度为E的L相在共晶反应线时的温度会同时结晶出两相的混合物 其产物称为共晶组织 即 固溶线 CF线及DG线分别为 固溶体和 固溶体的固溶线 2 合金的结晶过程及组织 合金 合金 合金 合金 的结晶过程及其组织如图所示 分析 相组成 组织组成物 属这类相图的合金还有Pb Sn Al Si Al Sn Al Cu Pb Sb Ag Cu等 三 二元包晶相图 二组元在液态无限互溶 在固态有限固溶且发生包晶反应 如Fe Fe3C合金 Fe3C 渗碳体 1 相图分析包晶相图组成如图所示 包晶反应过程如图所示 2 合金结晶过程Fe Fe3C合金结晶过程如图所示 四 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 五 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 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 六 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 2 相图的应用 相图反映了合金的成分与组成相之间的关系 而组成相的本质及其相对含量与合金力学性能 物理化学性能密切相关 相图反映了合金的结晶特性 在某种程度上可根据相图来判断合金力学