金属与合金的相图的表达意义

1、4/28/2021 1 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 第1篇 金属学基本原理 第2章 金属及合金的相图 教学目标： 熟悉二元相图的表示和测定方法； 掌握二元相图的基本类型及分析平衡转变过程。 4/28/2021 2 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 在实际工业中，广泛使用的不是单组元材料，而是由二 元及以上组元组成的多元系合金材料。 多组元的加入，使材料的凝固过程和凝固产物趋于复杂， 这为材料性能的多变性及其选择提供了契机。 在多元系中，二元系是最基本的，也是目前研究最充分 的体系。 相图：表明合金

2、系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关 系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图(Equilium Diagram)，就是将不同的温度以及在该温度下对应的稳定相， 连同它的成分范围，汇集到一起构成的多元素信息，来表示 合金系中的合金状态与温度、成分之间的关系。 4/28/2021 3 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 平衡在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成 分和质量分数不再变化所达到一种状态。此时合金系的状 态稳定，不随时间而改变。合金在极其缓慢冷却条件下的 结晶过程，一般可以认为是平衡的结晶过程。 相图是分析合金相组成及其转变的有效工具。利

3、用相图 可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个 相的成分及其相对量。 掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金组织状态 和预测合金性能，可以作为熔炼、铸造、锻造及热处理的 重要依据。也是分析合金组织的重要参考资料。 4/28/2021 4 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 2.1 二元合金相图 目前已测定出许多二元合金系的成分与其熔点和固态转变 温度的关系曲线，并分析了不同成分的合金在不同温度下的组 织状态。二元合金相图就是以这些试验结果为基础而建立起来 的。 2.1.1 二元合金相图的建立和表示方法 2.1.1.1 二元相图的表示方法

4、 常压下二元合金的相状态决定于温度和成分。因此二元合金 相图可用温度成分坐标系的平面图来表示。 如果合金由 A 和 B 两个组元组成，横轴的一端表示纯组元 A，另一端表示纯组元 B，则任何一个合金的成分都可以在横 轴上找到相应的一点。 4/28/2021 5 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 合金成分的表示方法有两种：一种是质量分数，另一 种是摩尔分数。 质量分数和摩尔分数之间的换算关系： 例如：A组元的质量分数为WA，摩尔分数为xA，相对原 子量为m ；B组元的质量分数为WB，摩尔分数为xB，相对 原子量为 n ，则： nWmW mW x BA

5、A A nWmW nW x BA B B 4/28/2021 6 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 在由温度轴和成分轴构成的坐标平面中的任意一点 叫做“表象点”。二元合金相图可以看成是由许多表 象点构成的。一个表象点的坐标值就反映了一个给定 合金的成分和温度。 在相图中，根据表象点所在的区域，可确定这个合金在 这个温度下含有哪些相。 由相图还可确定给定合金的相变温度。 方法是：对应给定合金的成分值作垂直成分轴的垂 线，垂线与相图中各条曲线有交点，这些交点的温度 坐标值便是给定合金相应的相变温度。 4/28/2021 7 金属与合金的相图的表达意 义

6、 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 4/28/2021 8 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 二元相图是根据各种成分材料的临界点绘制的， 临界点表示物质结构状态发生本质变化的相变点。 测定材料临界点有动态法和静态法两种方法， 动态法有热分析、膨胀法、电阻法等；静态法有金 相法、X射线结构分析等，常用的方法是热分析法。 相图的精确测定必须由多种方法配合使用完成。 4/28/2021 9 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 测定过程： 配制不同成分的合金 测定各合金的冷 却曲线 找出各合金冷却

7、曲线的临界点（结晶开始和 结晶终了温度）位置 把各点标入温度-成分坐标图 里 连接相同属性的点，划分出相区，标出各相区存 在的相。 Cu-Ni 合金相图 合金相图 热分析法测定热分析法测定 4/28/2021 10 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 2.1.2 相律和杠杆定律 2.1.2.1 相律及应用 相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数 之间的关系。表达式：f=c-p+2（f自由度数；c-组元数； p-相数）。通常情况下，压力对液固相间的影响不大，所以， 凝聚态系统下可以不考虑压力的影响，即压力一定时：f=c- p+1。 应用

8、可确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单元系2个， 二元系3个。 可以解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属结晶恒温 进行，二元合金变温进行。 4/28/2021 11 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 2.1.2.2 杠杆定律 杠杆定律平衡状态两相的成分及相对含量的计算工具。 在合金的结晶过程中，合金各相的成分及其相对含量都 在不断地发生变化，其中杠杆定律是确定任一温度下平衡 状态的两相的成分和相对含量的有力工具。 计算过程主要含两个步骤： 确定平衡相的成分； （即液、固相线上的成分点） 确定平衡相的相对含量： 直接测量计算或投影到 成分轴测量计

9、算。 4/28/2021 12 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 Cu Ni Ni% T,C 20406080 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 14551455 L L L+ 1 2 a a c c b b a1 b1 c1 T T1 1 T T2 2 杠杆定律杠杆定律：在两相区在两相区 内，对应每一确定的内，对应每一确定的 温度温度T T1 1，两相质量的，两相质量的 比值是确定的。比值是确定的。 即：即： QL/Q =b1c1/a1b1 杠杆定律推论：杠杆定律推论： 在两相区内，对应在两相区内，对应

10、 温度温度T T1 1时两相在合金时两相在合金b b 中的相对质量各为：中的相对质量各为： QL/QH=b1c1/a1c1 Q /QH=a1b1/a1c1 =1- QL/QH 0 4/28/2021 13 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 杠杆定律的证明 4/28/2021 14 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 证明： 设合金的质量为Q合金，其中Ni质量分数为b%，在 T1温 度时，L相中的Ni质量分数为a%，相中的Ni质量分数为c% 。 则：Q（Ni） L（Ni）+ （Ni） 即：Q合金 b%QL

11、a%Qc% Q合金QLQ （QLQ) b = QL aQ c QL / Q= (cb) / (ba) QL / Q= bc / ab 或 QL ab = Q bc 4/28/2021 15 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 杠杆定律的运用 由杠杆定律可算出合金中液相和固相在合金中所占的 质量分数（即相对质量）分别为： QL / Q合金= W(L) = bc / ac Q / Q合金= W() = ab / ac 运用杠杆定律的注意事项 只适用于相图中的两相区，并且只能在平衡状态下使用。 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

12、。 4/28/2021 16 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 2.1.3 二元合金相图的基本类型 2.1.3.1 匀晶相图及固溶体的结晶 匀晶相图-发生匀晶反应的合金的相图 匀晶转变合金的结晶都是从液相结晶出单相的固 溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。 表达式：L 一、概念及相图分析 两组元不但在液态无限互溶，而且在固态也无限互溶 的二元合金系所形成的相图。 具有典型匀晶相图的合金系有： Cu-Ni系、 Ag-Au系、Fe-Cr系、Cr-Mo系等 4/28/2021 17 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相

13、图 铜铜- -镍合金匀晶相图镍合金匀晶相图 Cu Ni Ni% T，C 20406080 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L L L+ L+ 纯铜纯铜 熔点熔点 纯镍纯镍 熔点熔点 液相线液相线 固相线固相线 液相区液相区 固相区固相区 液固两相区液固两相区 4/28/2021 18 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 二、匀晶合金的结晶过程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。 a a b b c c d d T C t L L L L L L 匀

14、晶转变匀晶转变 L L 冷却曲线冷却曲线 CuNi Ni% T,C 20406080 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 14551455 L L L+ L+ 4/28/2021 19 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 Cu Ni Ni% T,C 20406080 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 14551455 L L L+ L+ 1 1 2 2 a a c c b b a a1 1 b b1 1 c c1 1 T T1 1 T T2 2 杠杆定律杠杆定律：在

15、两相区在两相区 内，对应每一确定的内，对应每一确定的 温度温度T T1 1，两相质量的，两相质量的 比值是确定的。比值是确定的。 即：即： QL/Q =b1c1/a1b1 杠杆定律推论：杠杆定律推论： 在两相区内，对应在两相区内，对应 温度温度T T1 1时两相在合金时两相在合金b b 中的相对质量各为：中的相对质量各为： QL/QH=b1c1/a1c1 Q /QH=a1b1/a1c1 =1- QL/QH 0 三、相对量的计算及杠杆定律的运用三、相对量的计算及杠杆定律的运用 4/28/2021 20 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 举例：求举例：

16、求30%Ni30%Ni合金在合金在12801280 C C时时 相的相对量。相的相对量。 Cu Ni Ni% T,C 20406080 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 14551455 L L L+ L+ a a c c 30 a a1 1 b b1 1 c c1 1 1280 1280 C C 解：作成分线和解：作成分线和 温度线如图。温度线如图。 6618 根据杠杆定律推论，根据杠杆定律推论， Q / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4 (25%) 答：所求答：所求合金在合金在 1280 时时 相的相的 相对质量为相对质量为2

17、5% 4/28/2021 21 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 四、匀晶结晶特点 形核与长大：与纯金属一样, 固溶体从液相中结 晶出来的过程中，也包括有形核与长大两个过程， 但固溶体更趋于呈树枝状长大。 变温结晶：固溶体结晶在一个温度区间内进行，即 为一个变温结晶过程。 两相的成分确定：在两相区内，温度一定时两相的 成分是确定的。 4/28/2021 22 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 两相的质量比一定 在两相区内，温度一定时，两相的质量比是一定的，如在 T1温度时，两相的质量比可用下式表达： 或

18、 上式称之为杠杆定律，它只适用于相图中的两相区，并且 只能在平衡状态下使用。 杠杆端点：为给定温度时两相的成分点。 杠杆支点：为合金的成分点。 11 11 ba cb Q QL 1111 cbQbaQL 4/28/2021 23 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 容易产生枝晶偏析-不平衡结晶过程 由于固溶体结晶时成分是变化的，缓慢冷却时原子 的扩散能充分进行，最终形成成分均匀的固溶体。 如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成 分不均匀的固溶体。先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较 多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。结果造成在 一个晶粒内化学

19、成分分布不均，这种现象称为枝晶偏析。 4/28/2021 24 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 固溶体的不平衡结晶过程造成晶内偏析或枝晶偏析： 枝晶偏析对材料机械性能、抗腐蚀性能、工艺性能 都不利。生产上为了消除其影响，常把合金加热到高温 (低 于固相线100左右)，进行长时间保温，使原子充分扩散， 获得成分均匀的固溶体，这种处理称为扩散退火（均匀化退 火）。 CuNi Ni% T,C 20406080 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 14551455 L L L+ L+ Cu-NiCu-Ni合金枝晶

20、偏析示意图合金枝晶偏析示意图 2021-4-2825材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 2.1.3.2 共晶相图及其结晶过程 一、概念及相图分析 二元共晶相图 两组元在液态相互无限互溶，在固态相 互有限互溶，并通过共晶转变形成共晶组织的二元合金系 所形成的相图。 共晶转变（Eutectic Reaction） 一定成分的液态合金， 在一定的温度下，同时结晶出两种成分一定的固相的转变。 共晶体 共晶反应形成的机械混合物。 共晶反应式 L + 金属材料中Al-Si，Al-Sn，Pb-Bi，Pb-Sn，Ag-Cu等合 金系以及Fe-C合金，陶瓷材料Mg-CaO系中都具有此类相

21、图. 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2826材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 v相图分析：以相图分析：以Pb-Sn合金为例合金为例 PbPbSnSn Sn%Sn% T,T, C C 铅铅- -锡二元合金共晶相图锡二元合金共晶相图 液相线液相线 L L 固相线固相线 + + L L + + L L + + 固溶线固溶线 固溶线固溶线 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2827材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 共晶转变分析共晶转变分

22、析 PbPbSnSn T,T, C C L + L + L + 共晶反应线共晶反应线 表示从表示从c c点到点到e e点范点范 围的合金，在该温围的合金，在该温 度上都要发生不同度上都要发生不同 程度上的共晶反应。程度上的共晶反应。 c ce e 共晶点共晶点 表示表示d d点成分的合点成分的合 金冷却到此温度发金冷却到此温度发 生完全的共晶转变。生完全的共晶转变。 d L Ld d c c + + e e 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2828材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 Pb-SnPb-Sn合金相图合

23、金相图 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2829材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 共晶相图分析总结（Pb-Sn合金相图 ） 三个单相区：L、 三个两相区：L+、L+、+ adb液相线 acdeb固相线 cde L+的三相共存线，共晶反应线 d点共晶点，表示此点成分(共晶成分)的合金冷却到此 点所对应的温度(共晶温度)时，同时结晶出c点成分的 相和e点成分的相。共晶反应时，三相共存，各相成分 确定，反应在恒温下平衡地进行。 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4

24、-2830材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 cf线Sn在Pb中的溶解度曲线(或相的固溶线)。 温度降低，固溶体的溶解度下降。Sn含量大于f 点的合金从高温冷却到室温时，从相中析出 相以降低相中Sn含量，写作II。这种二次结晶 可表达为： II。 eg线Pb在Sn中溶解度曲线(或相的固溶线)。 Sn含量小g点的合金，冷却过程中同样发生二 次结晶，析出二次以降低相中Pb的含量，写 作II 。这种二次结晶可表达为： II。 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2831材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课

25、件 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。 PbPbSnSn T,T, C C L + + L + + L + + 183 c c e e d 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2832材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 二、结晶过程 固溶体合金结晶过程（合金） 共晶合金结晶过程 （合金） 亚共晶合金结晶过程（合金） 过共晶合金结晶过程（合金） 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金

26、的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2833材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 X1合金（固溶体合金）结晶过程分析 c c e e f f g g X X1 1 T,T, C C t t L L L L L L+ + 冷却曲线冷却曲线 + + 1 1 2 2 3 3 4 4 PbPb SnSn T,T, C C L + + L+ + L+ + 183183 e e d L L 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2834材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 X1合金结晶特点：合金结晶

27、特点： T,T, C C t t L L L L L L L L+ + 冷却曲线冷却曲线 + + 没有共晶反应过程，而是经没有共晶反应过程，而是经 过匀晶反应形成单相过匀晶反应形成单相 固相。固相。 要经过要经过脱溶反应脱溶反应，室温，室温 组织组成物组织组成物为：为： + 什么叫什么叫组织组成物组织组成物？ 组织组成物是由一定的相构组织组成物是由一定的相构 成的，具有一定形成机制、成的，具有一定形成机制、 一定形态特征的组成部分。一定形态特征的组成部分。 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2835材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与

28、工程学院多媒体课件 室温组织：+ II 室温组成相：相和相 提问：如何计算组织组成物和组成相的相对含 量？有何注意事项？ w()= x1g / fg100% w(II)= fx1/ fg100% or ：w(II)= 1 w() 组织组成物可以是单相，或是两相混合物。 这里，室温组织组成物和II皆为单相，所以它 的组织组成物质量分数与组成相的质量分数相等. 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2836材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 X2合金（共晶合金）结晶过程分析合金（共晶合金）结晶过程分析 X X2 2 T,T

29、, C C t t L L ( + ) L ( + ) L L L( + ) 共晶体共晶体 冷却曲线冷却曲线 ( + ) PbPb SnSn T,T, C C L + + L + + L + + 183 c c e e d PbPb SnSn T,T, C C L + + L + + L + + 183 c c e e d PbPb SnSn T,T, C C L + + L + + L + + 183 c c e e d PbPb SnSn T,T, C C L + + L + + L + + 183 c c e e d PbPb SnSn T,T, C C L L + + L L + +

30、L L + + 183 c c e e d 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2837材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 室温组织: 共晶体（+ ） 注意：二次相，在实际组织中确实存在，但在显 微组织中几乎分辨不出，因为它们混合于共晶组织 中，故室温组织可写为（+ ）。 室温组成相：相和相 w()= x2g/fg100% w()= fx2/fg100% o r ： w()= 1w() 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2838材料科学与工程学院多媒体课件材料

31、科学与工程学院多媒体课件 X3合金（亚共晶合金）结晶过程分析合金（亚共晶合金）结晶过程分析 X X3 3 T, C t L L L+ ( + )+ + 1 1 2 2 ( + ) + PbPb SnSn T, C L + + L + + L + + 183183 c c e e d L+( + )+ 冷却曲线冷却曲线 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2839材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2840材料科学与工程学院多媒

32、体课件材料科学与工程学院多媒体课件 室温组织：+ （） w()= 2c/cd100% w()= (cg /fg)(2d/cd)100% w()= (fc/fg)(2d/cd)100% 室温组成相：相和相 w()=x3g/fg100% w()=fx3/fg100% or：w()= 1w() 所有亚共晶合金的结晶过程与合金相同, 仅组织组 成物和组成相的质量分数不同，成分越靠近共晶点，合 金中共晶体的含量越多。 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2841材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 X4合金（过共晶合金）结晶过程

33、分析合金（过共晶合金）结晶过程分析 X4 T, C t L L+ ( + )+ + 1 2 ( + ) + Pb Sn T, C L + L + L + 183 c e d L+( + )+ 冷却曲线冷却曲线 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2842材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 2021-4-2843材料科学与工程学院多媒体课件材料科学与工程学院多媒体课件 室温组织：+（） w() = 2e/de100% w()=(fe/fg)(

34、d2/de)100% w()=(eg/fg)(d2/de)100% 室温组成相：相和相 w()= x4g /fg100% w()= fx4 /fg100% or：w()= 1-w() 所有过共晶合金的结晶过程与合金IV相同, 仅组织组成 物和组成相的质量分数不同，成分越靠近共晶点，合金中共 晶体的含量越多。 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 金属与合金的相图的表达意义 4/28/2021 44 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 亚共晶合金和过共晶合金的显微组织图 亚共晶合金组织亚共晶合金组织过共晶合金组织过共晶合金组织 练习：画出过

35、共晶合金（合金练习：画出过共晶合金（合金）的结晶过程示意图，分析其）的结晶过程示意图，分析其 结晶过程；写出室温组成物和室温组成相，分别计算他们的相结晶过程；写出室温组成物和室温组成相，分别计算他们的相 对含量。对含量。 4/28/2021 45 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 2.1.3.3 包晶相图及其结晶过程 包晶相图：发生包晶反应的合金的相图。 包晶转变：一定成分的液相与一定成分的固相在一 定温度下发生反应，形成一种新固相的过程。 表达式： L 一、概念及相图分析 两组元液态完全互溶，固态形成有限互溶，并具 有包晶转变的相图。 金属材料中

36、Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb合金具有包晶 相图。 恒温恒温 4/28/2021 46 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 包晶转变包晶转变： Ld + c e Pt Ag Ag% T, C 铂铂- -银合金包晶相图银合金包晶相图 L + L + L+ c e d f g T, C t L L + L + + 4/28/2021 47 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 2.1.3.3 包晶相图及其结晶过程 PtAg合金相图 4/28/2021 48 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及

37、合金的相图金属及合金的相图 包晶相图分析小结（Pt-Ag合金相图） 三个单相区：L、 三个双相区：L+、L+、+ e点包晶点，表示此点成分(包晶成分)的合金冷 却到此点所对应的温度(包晶温度)时，发生包晶反 应 。 adb液相线 aceb固相线 cedL、三相共存，包晶反应线 4/28/2021 49 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 cf线Ag在Pt中的溶解度线(或相的固溶线)。温 度降低，固溶体的溶解度下降。Ag含量大于f点的 合金从高温冷却到室温时，从相中析出富银的II 相以降低相中 Ag 含量： II。 eg线Pt在Ag中溶解度线(或相的固

38、溶线)。Ag含 量小g点的合金，冷却过程中同样发生二次结晶， 析出富Pt的 II相： II。 4/28/2021 50 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 二、结晶过程（以合金为例） 4/28/2021 51 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 室温组织 室温组成相：相和相 w()= x1g/fg100% w()= fx1/fg100% or ：w()= 1 w() 室温组织组成物都为单相，故它们的相对质 量与组成相的相对质量相同。 4/28/2021 52 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金

39、属及合金的相图金属及合金的相图 练习：分析、合金的结晶过程 4/28/2021 53 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 三、包晶偏析 包晶转变的产物相包围着初生相，使液相与 相隔开，液相和相中原子之间的相互扩散必须 通过相，这就导致了包晶转变的速度往往是极缓 慢的。 实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固 体中的原子扩散往往不能充分进行，导致生成的 固溶体中发生较大的偏析，称之为包晶偏析，通 过扩散退火消除。 4/28/2021 54 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 2.1.3.4 其它类型的二元合

40、金相图 一、共析相图 共析相图：两组元在液态相互无限互溶，在固态相互 有限溶解，并发生共析转变的二元合金系所形成的相图。 共析转变：一定成分的固相，在一定温度下分解为另 外两个一定成分的固相（共析体）的转变过程。 表达式： 三相共存，各相成分确定，温度恒定。 共析转变在Fe-Fe3C相图中非常重要，其详细应用见第 四章。 恒温恒温 4/28/2021 55 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 A A B B 共析转变：共析转变： ( + ) 共析体共析体 T,T, C C + + + + + + c c e e d d L + + L L 4/28/

41、2021 56 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 共析相图中各种共析相图中各种 成分合金的结晶过程成分合金的结晶过程 的分析与共晶相图相的分析与共晶相图相 似，但因共析反应是似，但因共析反应是 在固态下进行的，所在固态下进行的，所 以共析产物比共晶产以共析产物比共晶产 物要细密得多。物要细密得多。 为什么？为什么？ 4/28/2021 57 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 二、具有化合物的二元相图 在某些二元系中，可形成一个或几个化合物，由于它 们位于相图中间，故又称中间相；中间的两边一般为金属， 又

42、称为金属间化合物。根据化合物的稳定性可分为稳定化 合物和不稳定化合物。 稳定化合物：有确定的熔点，可熔化成与固态相同成分液 体的那类化合物。 在分析含有稳定化合物的相图时，可把稳定化合物看 成为一个独立的组元，并将整个相图分割成几个简单相图。 如下面的Mg-Si相图可分为Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si两个相图来 进行分析。 4/28/2021 58 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 Mg-SiMg-Si合金相图合金相图 4/28/2021 59 金属与合金的相图的表达意 义 第第2 2章章 金属及合金的相图金属及合金的相图 三、复杂二元相图的分析方法 先看相图中是否存在稳定化合物，如有，则以这些化合物 为界，把相图分成几个区域进行分析。 根据相区接触法则，两个单相区夹一个双相区，区别和标 定各相区。 找出三相共存水平线，分析这些恒温转变的类型。 应用相图，分析具体合金随温度改变而发生的相转变和组 织变化规律：在单