材料科学导论-第七章相图

1、1重点内容：重点内容：二元相图的表示与建立；二元相图的表示与建立；相律、杠杆原理及其应用；相律、杠杆原理及其应用；匀晶系相图；匀晶系相图；共晶系相图；共晶系相图；1) 1) 包晶系相图。包晶系相图。第第7 7章章 相图相图 2材料的性能材料的性能组织结构组织结构相种类种类数量数量尺寸尺寸形状形状分布分布3 相图相图又叫状态图或平衡图，是研究合金的一种重要工具。又叫状态图或平衡图，是研究合金的一种重要工具。常见的相图是系统在常见的相图是系统在平衡状态下平衡状态下的的相组成与温度及成分相组成与温度及成分之间之间关系的一种图形。关系的一种图形。 这里这里相组成相组成包括相的数目、成分及相对含量。包括

2、相的数目、成分及相对含量。学习相图的好处学习相图的好处1. 1.预测不同成分合金熔化与凝固温度；预测不同成分合金熔化与凝固温度；2. 2.合金可能有的固态相变与其他转变；合金可能有的固态相变与其他转变；3. 3.预测合金的某些性能。预测合金的某些性能。 例：可以根据相图确定合金的例：可以根据相图确定合金的熔炼温度和浇铸温度熔炼温度和浇铸温度，确定，确定热加工温度范围热加工温度范围，预期进行，预期进行热处理的可能性和确定热处理规热处理的可能性和确定热处理规范。范。47.1 7.1 二元相图的表示和建立二元相图的表示和建立1 1、相、相 (Phase)(Phase) 在一个系统中，在一个系统中，成

3、分、结构相同，性能一致的均匀的成分、结构相同，性能一致的均匀的组成部分组成部分叫做相，不同相之间有明显的叫做相，不同相之间有明显的界面界面分开分开, ,该该界面称为界面称为相界面相界面。 一一. .基本概念基本概念例例1 1、恒定大气压下，、恒定大气压下，0 0 的冰水混合物。的冰水混合物。 条件：气压一定，恒温。条件：气压一定，恒温。 相相1: 1:冰冰 相相2: 2:水水 界面明显界面明显5例例2 2、含、含20%20%锑的铅锑合金显微图片。锑的铅锑合金显微图片。 图中白色块状物为图中白色块状物为初生（初生（SbSb）相）相，就是以，就是以SbSb为溶剂，为溶剂，PtPt为溶质的固溶体。为

4、溶质的固溶体。图图7.1 7.1 含含20%20%锑的铅锑合金显微图片锑的铅锑合金显微图片62 2、 组元组元 (Component)(Component) 组元通常是指系统中每一个可以单独分离出来，并能独立组元通常是指系统中每一个可以单独分离出来，并能独立存在的化学纯物质，在一个给定的系统中，组元就是构成系存在的化学纯物质，在一个给定的系统中，组元就是构成系统的各种统的各种化学元素化学元素或或化合物化合物。 按组元数目，将系统分为：按组元数目，将系统分为：一元系一元系二元系二元系三元系三元系化学元素：化学元素：Cu, Ni, Fe等等化合物：化合物：NiO, CoO, MgO, CaO, A

5、l2O3， SiO2等等73 3、相平衡、相平衡 在某一温度下，系统中各个相经过很长时间也不互在某一温度下，系统中各个相经过很长时间也不互相转变，处于平衡状态，这种平衡称为相转变，处于平衡状态，这种平衡称为相平衡。各组元在各相中的化学势相同。各组元在各相中的化学势相同。AB热力学动态平衡热力学动态平衡8二、二元相图的表示与建立二、二元相图的表示与建立1 1、二元相图表示、二元相图表示图图7.27.2 CuNiCuNi合金相图合金相图9 二元相图采用两个坐标二元相图采用两个坐标轴轴, ,纵坐标纵坐标用来表示温度用来表示温度, ,横坐标横坐标用来表示成分。令用来表示成分。令A A和和B B代表合金

6、的两个组元代表合金的两个组元, ,则横坐标的一端代表纯组则横坐标的一端代表纯组元元A,A,另一端代表纯组元另一端代表纯组元B,B,任何一个由任何一个由A,BA,B二组元组二组元组成的合金成的合金, ,其成分都可以其成分都可以在横坐标上找到相应的一在横坐标上找到相应的一点。点。 合金的成分可以用合金的成分可以用质量分数质量分数或原子百分数表示。一般情或原子百分数表示。一般情况下况下, ,如果没有特别的注明如果没有特别的注明, ,都是指都是指质量分数质量分数。10BAABABLLL+L+L+L+L+L图图7.3 7.3 三个不同类型的二元相图三个不同类型的二元相图 相图中有一系列曲线有时还有水平线

7、段相图中有一系列曲线有时还有水平线段, ,这些线把相图分这些线把相图分成若干个不同的相区成若干个不同的相区, ,图图7.37.3给出了三个不同类型的二元相图给出了三个不同类型的二元相图. . 一定成分的合金一定成分的合金加热或冷却加热或冷却时时, ,在相图上的表示就是对应在相图上的表示就是对应于该合金的成分点平行于温度轴上下移动于该合金的成分点平行于温度轴上下移动, ,若与相图上的某若与相图上的某一条线相遇一条线相遇, ,则交点所对应的温度就是该合金从一种相组成则交点所对应的温度就是该合金从一种相组成状态转变为另一种相组成状态的温度状态转变为另一种相组成状态的温度, ,又称又称临界点。临界点。

8、临界点临界点因此因此, ,相图的建立过程也就是合金临界点的测定过程。相图的建立过程也就是合金临界点的测定过程。112 2 相图的建立相图的建立方法：实验法和计算法。方法：实验法和计算法。过程：配制合金测冷却曲线确定转变温度过程：配制合金测冷却曲线确定转变温度 填入坐标绘出曲线。填入坐标绘出曲线。相图结构相图结构( (匀晶匀晶) )：两点、两线、三区。：两点、两线、三区。Cuw图图7.4 7.4 相图的建立相图的建立12说明：说明： 当合金的相组成状态因温度改变而发生变化，合金某些当合金的相组成状态因温度改变而发生变化，合金某些性质的变化或多或少带点性质的变化或多或少带点突变性突变性，这样就可以

9、通过测量合，这样就可以通过测量合金的性质来确定其金的性质来确定其临界点临界点。1 1、目前测定临界点方法有热分析、差热分析、金相分析、目前测定临界点方法有热分析、差热分析、金相分析、X X射线、电阻、热膨胀、磁性、力学性能等；射线、电阻、热膨胀、磁性、力学性能等； 不论那种合金系，各种方法配合使用，以充分利用每种不论那种合金系，各种方法配合使用，以充分利用每种方法的特点。方法的特点。2 2、相图也可以根据合金热力学原理及有关的热力学数据计相图也可以根据合金热力学原理及有关的热力学数据计算出，对于比较简单的相图，有时计算还比较精确。算出，对于比较简单的相图，有时计算还比较精确。 随着计算机的发展

10、，相图计算不断取得新的进展，但由随着计算机的发展，相图计算不断取得新的进展，但由于合金中原子相互作用比较复杂，目前还不能于合金中原子相互作用比较复杂，目前还不能普遍的精确普遍的精确计算计算出相图，特别是相平衡比较复杂的相图，但是用来预出相图，特别是相平衡比较复杂的相图，但是用来预测未知的多元相图，可以大大减轻实验工作量。测未知的多元相图，可以大大减轻实验工作量。137.2 7.2 相律、杠杆定律及其应用相律、杠杆定律及其应用 相律能定量的表示出系统的相律能定量的表示出系统的自由度数自由度数与与组元数组元数和和相数相数之间的关系。之间的关系。 系统的自由度数是指系统的自由度数是指系统本身的可变变

11、量系统本身的可变变量，即，即 温度、温度、压力和相的成分。压力和相的成分。 一一. .相律相律F=C-P+2说明：说明：1 1、F F为自由度数，为自由度数，C C为组元数，为组元数，P P为相数，为相数，2 2代表温度和代表温度和压力可变；压力可变； 2 2、若为恒压，则、若为恒压，则F=C-P+1。14例例1 1、图图7.57.5为铁的单组元系统相图，它能够告诉我们铁的为铁的单组元系统相图，它能够告诉我们铁的状态和温度及压力之间的关系。状态和温度及压力之间的关系。图图7.5 7.5 铁的相图铁的相图OAOA、OBOB、OCOC把图分成把图分成3 3个个区域区域：1 1、在、在AOBAOB以

12、左为体心立方以左为体心立方晶格晶格 FeFe；2 2、在、在AOCAOC以上为面心立方以上为面心立方晶格晶格 FeFe；3 3、在、在BOCBOC以右为密排六方以右为密排六方的的 FeFe。练习：练习：1 1、在、在AOBAOB区域，区域，F=2F=2；2 2、在、在AOAO线上，两相平衡线上，两相平衡F=1F=1；3 3、在、在O O点，三相平衡，点，三相平衡，F=0F=0。15例例2 2 金属及合金的加工处理过程通常都在大气压力下进行，金属及合金的加工处理过程通常都在大气压力下进行，压力不再是系统中的变量，因此系统的可变因素数应当减压力不再是系统中的变量，因此系统的可变因素数应当减去一个，

13、去一个， 即即F=C-P+1F=C-P+1 当纯金属系统处于单相（固相或液相）时，系统的自由当纯金属系统处于单相（固相或液相）时，系统的自由度数度数 F=1 F=1，那温度可以在一定范围内任意变动而仍保持为，那温度可以在一定范围内任意变动而仍保持为固相固相( (或液相），或液相）， 当金属开始熔化（或凝固）处于固液两相平衡时，系当金属开始熔化（或凝固）处于固液两相平衡时，系统的自由度数统的自由度数F=0F=0，即温度必须保持不变。这说明纯金属，即温度必须保持不变。这说明纯金属的熔化的熔化( (或凝固）是在恒温下进行的。或凝固）是在恒温下进行的。 16二二. .杠杆定律杠杆定律 设合金设合金m

14、m在温度在温度T T1 1时处于（时处于（ + + ）两相平衡，）两相平衡， 和和 两两相成分分别在相成分分别在a a，b b两点。具体数据如下：两点。具体数据如下：abmww图图7.6 7.6 杠杆定律的推导杠杆定律的推导1.合金总质量为合金总质量为MM，含，含B B组元百分含量组元百分含量 ；2. 2. 相质量为相质量为 ，占总质，占总质量的百分数量的百分数 ，含，含B B组元组元百分含量百分含量 ；3. 3. 相质量为相质量为 ，占总质，占总质量的百分含量量的百分含量 ，B B组元组元百分含量百分含量 。wwmTMbTwMaTwM111MwMwM（总质量守恒）（总质量守恒）（B B组元质

15、量守恒）组元质量守恒）mT1a1Tb1TMM17即即1wwmTbTwaTw111得出得出,abmbw ,aabmw ,mambwwabmww说明：说明：（1 1）mbmbT T1 1b bT T1 1m m， ma maT T1 1m m T T1 1a a， ab abT T1 1b b T T1 1a a ，其实就是其实就是B B组元百分含量之差；组元百分含量之差；（2 2）abab长度类比于力学上第一类杠杆的杠杆长度，合金的长度类比于力学上第一类杠杆的杠杆长度，合金的成分点可作为杠杆支点，两个相的质量分数可看成分别集成分点可作为杠杆支点，两个相的质量分数可看成分别集中在各自的成分点，当杠

16、杆达到平衡，即得出杠杆原理。中在各自的成分点，当杠杆达到平衡，即得出杠杆原理。杠杆原理杠杆原理187.3 7.3 匀晶系相图匀晶系相图 匀晶系是指合金二组元在固态及液态均能完全互溶的匀晶系是指合金二组元在固态及液态均能完全互溶的系统。镍铜系就是一个实例。系统。镍铜系就是一个实例。无限互溶条件：两者的晶体结构相同无限互溶条件：两者的晶体结构相同 原子尺寸相近，尺寸差小于原子尺寸相近，尺寸差小于15% 两者有相同的原子价和相似的电负性两者有相同的原子价和相似的电负性一一. .相图概述相图概述相图结构相图结构(匀晶匀晶)：两点、两线、三区。：两点、两线、三区。1920二二. .固溶体的固溶体的“平衡

17、平衡”凝固过程凝固过程 现在来分析图现在来分析图7.77.7中含中含50%50%铜的合金自液相非常缓慢冷却时的凝固过铜的合金自液相非常缓慢冷却时的凝固过程。并假定固、液相平衡。程。并假定固、液相平衡。图图7.7 7.7 固溶体的固溶体的“平衡平衡”凝固过程凝固过程凝固过程：凝固过程：（1 1）高温）高温T T1 1，从液相要凝固出，从液相要凝固出成分为成分为x x1 1固相，它的含镍量比原液固相，它的含镍量比原液相要高；随着温度的降低，凝固过相要高；随着温度的降低，凝固过程不断进行。液相及固相成分分别程不断进行。液相及固相成分分别沿着液相线及固相线改变；沿着液相线及固相线改变；（2 2）到）到

18、T T2 2时，液相成分在时，液相成分在x x3 3，固相，固相成分在成分在x x2 2。这里所指的固相是合金。这里所指的固相是合金中所有的固相，而在温度在中所有的固相，而在温度在T T1 1到到T T2 2之间凝固的固相，其含镍量在之间凝固的固相，其含镍量在x x1 1到到x x2 2之间；之间；（3 3）当温度接近）当温度接近T T3 3，合金中只剩下，合金中只剩下很少的液相，其成分接近很少的液相，其成分接近x x4 4; ;（4 4）当温度到达）当温度到达T3T3时，所有固相成分都在时，所有固相成分都在50%Cu50%Cu处。处。21 从以上分析可以看出从以上分析可以看出， 固溶体合金在

19、整个凝固过程中，由液相固溶体合金在整个凝固过程中，由液相凝固出与它自身成分不同的固相，而且液相和固相的成分还不断地凝固出与它自身成分不同的固相，而且液相和固相的成分还不断地分别沿液相线分别沿液相线bdfbdf和固相线和固相线aceace变化；变化； 液相和固相的成分变化是通过扩散进行的液相和固相的成分变化是通过扩散进行的( (有时液相中还有有时液相中还有对流对流的的作用），而固相中的扩散要比液相中的扩散慢几个数量级，因此，作用），而固相中的扩散要比液相中的扩散慢几个数量级，因此，如果按照上述方式进行扩散，即使合金的数量不多，扩散也要很长如果按照上述方式进行扩散，即使合金的数量不多，扩散也要很长

20、的时间才能完成。的时间才能完成。图图7.7 7.7 固溶体的固溶体的“平衡平衡”凝固过程凝固过程22三三. .固溶体的不平衡凝固过程固溶体的不平衡凝固过程 在实际生产中，即使在实验室中，也不能使合金随时达到平衡。在实际生产中，即使在实验室中，也不能使合金随时达到平衡。 假定在凝固过程中，通过扩散与对流的作用，液相的成分保持均匀，假定在凝固过程中，通过扩散与对流的作用，液相的成分保持均匀，而而固相中的扩散可忽略不计固相中的扩散可忽略不计。图图7.7 7.7 固溶体的不平衡固溶体的不平衡凝固过程凝固过程凝固过程：凝固过程：（1 1）当温度冷却到）当温度冷却到T T2 2时，已凝固的时，已凝固的固相

21、，其成分在固相，其成分在a a，c c之间，因此固之间，因此固相中平均成分应在相中平均成分应在a a，c c之间的某一之间的某一点点c c，液相成分改变到，液相成分改变到d d点；点；（2 2）当合金的温度冷却到）当合金的温度冷却到T T3 3时，时，固固相的平均成分在相的平均成分在e，即尚未达到，即尚未达到50%铜；铜；（3 3）当温度降低到）当温度降低到T T4 4，固相的平均固相的平均成分到达成分到达50%（即（即g点），凝固过点），凝固过程才结束，图中虚线程才结束，图中虚线ac，e，g代表代表固相平均成分变化的轨迹。固相平均成分变化的轨迹。 固溶体的不平衡固溶体的不平衡凝固过程，使合金

22、的凝固过程，使合金的凝固终了温度降低凝固终了温度降低，而且固，而且固相的成分是不均匀的，相的成分是不均匀的，先凝固的部分先凝固的部分含高熔点的组元较多。含高熔点的组元较多。23四四. .晶内偏析与扩散退火晶内偏析与扩散退火1. 1.晶内偏析晶内偏析 合金凝固一般先以枝晶的形式长大，枝晶的主干合金凝固一般先以枝晶的形式长大，枝晶的主干( (即先凝固部分）含高熔点组即先凝固部分）含高熔点组元较多，而枝晶分枝的间隙部分（即后凝固部分）含低熔点组元较多，元较多，而枝晶分枝的间隙部分（即后凝固部分）含低熔点组元较多，这种在一这种在一个枝晶范围内成分不均匀的现象，叫做枝晶偏析个枝晶范围内成分不均匀的现象，

23、叫做枝晶偏析。由于一个枝晶相当于一个晶粒，。由于一个枝晶相当于一个晶粒，所以枝晶偏析又叫做所以枝晶偏析又叫做晶内偏析晶内偏析。 枝晶偏析程度的大小与相图的形状有密切的关系，固相线与液相线的水平距枝晶偏析程度的大小与相图的形状有密切的关系，固相线与液相线的水平距离及垂直距离愈大，合金凝固时固、液二相的成分变化就愈大，枝晶偏析就愈离及垂直距离愈大，合金凝固时固、液二相的成分变化就愈大，枝晶偏析就愈显著。显著。2. 2.扩散退火扩散退火（1 1）枝晶缺陷：具有枝晶偏析的铸锭或铸件，通常强度不高，也比较脆，它的）枝晶缺陷：具有枝晶偏析的铸锭或铸件，通常强度不高，也比较脆，它的机械性能和物理性能也不均匀

24、。枝晶偏析组织还容易引起晶内腐蚀，降低合金的机械性能和物理性能也不均匀。枝晶偏析组织还容易引起晶内腐蚀，降低合金的抗腐蚀性；枝晶偏析组织对于变形加工也是很不利的。因此，铸锭和大多数铸件抗腐蚀性；枝晶偏析组织对于变形加工也是很不利的。因此，铸锭和大多数铸件是不希望有枝晶偏折的。是不希望有枝晶偏折的。（2 2）为了消除枝晶偏忻，需要进行专门的热处理，即在相当高的温度下长时间）为了消除枝晶偏忻，需要进行专门的热处理，即在相当高的温度下长时间加热。这种热处理叫做加热。这种热处理叫做扩散退火或均匀化扩散退火或均匀化。对于大多数合金，温度每降低。对于大多数合金，温度每降低5050，扩散速率大约要减慢扩散速

25、率大约要减慢%，因此扩散退火的温度应尽可能地高，但是应低于实际凝，因此扩散退火的温度应尽可能地高，但是应低于实际凝固终了温度，否则合金将部分溶化（又称过烧）而使铸锭或铸件报废。固终了温度，否则合金将部分溶化（又称过烧）而使铸锭或铸件报废。 铸锭经过均匀化处理后，塑性会有明显的提高，为随后的变形加工提供了有利铸锭经过均匀化处理后，塑性会有明显的提高，为随后的变形加工提供了有利的条件。的条件。24图图7.8 Ni-70%Cu7.8 Ni-70%Cu合晶的显微组织合晶的显微组织b b）均匀化后）均匀化后a a）铸造后）铸造后 此时合金的显微组织由均匀的固溶体晶粒组成，看起来和纯金属的此时合金的显微组

26、织由均匀的固溶体晶粒组成，看起来和纯金属的组织一样，图中的黑色小颗粒为氧化物。组织一样，图中的黑色小颗粒为氧化物。25五五. .具有极小点的匀晶系相图具有极小点的匀晶系相图 在匀晶系相图中，在高熔点组元中加入低熔点组元，将使台金的开始在匀晶系相图中，在高熔点组元中加入低熔点组元，将使台金的开始凝固温度降低，而在低熔点组元中加入高熔点组元，将使合金的开始凝固温度降低，而在低熔点组元中加入高熔点组元，将使合金的开始凝固温度升高凝固温度升高。 但是在有些情况下，无论在哪一种组元中加入另一种组元都将使合金的开始但是在有些情况下，无论在哪一种组元中加入另一种组元都将使合金的开始凝固温度降低。这样在相图上

27、将出现极小点，凝固温度降低。这样在相图上将出现极小点，图图7.9 7.9 金金- -镍相图镍相图 图中液相线和固相线都是图中液相线和固相线都是连续的曲线并切于极小点。连续的曲线并切于极小点。成分对应于极小点的合金在成分对应于极小点的合金在其凝固过程中，固相的成分其凝固过程中，固相的成分始终与液相的成分一样。因始终与液相的成分一样。因此，恒。温下进行凝固，不此，恒。温下进行凝固，不会偏析会偏析26六六. .匀晶系中固溶体分解匀晶系中固溶体分解 有些匀晶系低于一定温度后，二组元只能有限互溶，固溶体将分解成成分不有些匀晶系低于一定温度后，二组元只能有限互溶，固溶体将分解成成分不同的两个固溶体。同的两

28、个固溶体。例：见图例：见图7.9金金镍合金相图下部有一条不互溶线。镍合金相图下部有一条不互溶线。图图7.9 7.9 金金- -镍相图镍相图 在此线范围内为在此线范围内为 + + 两两相区。相区。12277.4 7.4 共晶系相图共晶系相图 绝大多数二元合金绝大多数二元合金在固态不能完全互溶在固态不能完全互溶，而是有限互溶而是有限互溶，其中有共，其中有共晶转变的相图是二元相图中最基本的一种。晶转变的相图是二元相图中最基本的一种。 两组元的混合物使合金的熔点比各组元低，两组元的混合物使合金的熔点比各组元低， 液相线从两端纯组元向液相线从两端纯组元向中间凹下中间凹下, ,两条液相线的交点所对应的温度

29、称为共晶温度。两条液相线的交点所对应的温度称为共晶温度。28简单共晶相图LA+BABL+AL+BwB%两组元完全不溶29典型二元共晶相图有限互溶30相图分析L+L+L+液相线液相线固相线固相线固溶线固溶线31固溶线固溶线固溶线 B原子溶入A基体中形成的固溶体 A原子溶入B基体中形成的固溶体固溶线，固溶度曲线：反映不同温度时的溶解度变化。32L+L+L+共晶转变？33 共晶反应的合金的结晶过程 Pb-Sn、Al-Si、Ag-Cu合金具有共晶相图。 Pb-Sn合金相图中有三个单相区: L：Pb与Sn形成的液溶体 ：Sn溶于Pb中的有限固溶体 ：Pb溶于Sn中的有限固溶体 三个双相区：L+、L+、+

30、 一条L+三相共存线(水平线cde )。 这种相图称共晶相图。Pb-Sn合金相图 d点为共晶点, 表示d点成分(共晶成分)的液相合金冷却到d点温度(共晶温度)时, 共同结晶出c点成分的相和e 点成分的 相。 Ld(c+e) 共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应，生成的两相混合物叫共晶体。 发生共晶反应时三相共存, 三相各自成分确定, 恒温进行。 34 Pb-Sn合金相图 水平线cde为共晶反应线, 成分在ce之间的合金平衡结晶时都会发生共晶反应。 cf 线为Sn在Pb中的溶解度线(相的固溶线)。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，叫二次：II。 eg线为Pb

31、在Sn中溶解度线。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。35 1. 合金I的平衡结晶过程 合金室温组织为+II 。 其组成相是：f点成分的相 g点成分的相。 运用杠杆定律, 两相的质量分数为：36 组织组成物可以是单相, 或是两相混合物。组织组成物 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成部分。 合金I的室温组织为+II 组织由和II 二部分组成, 和II为组织组成物。 组织组成物和II 都为单相组成, 所以组织组成物、II的质量分数与组成相、的质量分数相等。37 2. 合金II(共晶合金)的结晶过程 合金的室温组织：共晶体(+) 组织组成物：(+)

32、 组成相：和相共晶合金组织的形态 38 3. 合金(亚共晶合金)的结晶过程 合金室温组织：初生+二次+(+) 组织组成物：、二次、(+) 组成相：、 组成相的质量分数为：39 过共晶合金(合金)： 位于共晶点右边, 成分在 de之间的合金。 练习：分析过共晶合金的结晶过程。 过共晶合金室温组织为: 初生+二次+(+)40亚共晶合金组织 过共晶合金组织 亚共晶合金和过共晶合金组织初生+二次+(+) 初生+二次+(+)41t1E线和线和t1M线分别为（线分别为（Pb）的液相线和固相线；）的液相线和固相线；t2E线和线和t2N线分别为（线分别为（Sb）的液相线和固相线；）的液相线和固相线；Mm和和N

33、n分别为（分别为（Pb）和（）和（Sb）的固溶度线；）的固溶度线；MEN水平直线为共晶线。水平直线为共晶线。mt1：纯铅熔点：纯铅熔点 t2：纯锑熔点：纯锑熔点图图7.10 7.10 铅铅- - 6%锑相图锑相图 Sbw分析实例分析实例42具体分析铅具体分析铅6%锑合金凝固过程。锑合金凝固过程。凝固过程：凝固过程：1.合金自液相区缓慢冷却到液相线上的合金自液相区缓慢冷却到液相线上的a点，就要开始凝固出成分在固相点，就要开始凝固出成分在固相线上线上b点的（点的（Pb）相；）相；2.温度继续降低，凝固过程不断进行，这时液相和（温度继续降低，凝固过程不断进行，这时液相和（Pb）相的成分将分）相的成分

34、将分别沿着液相线和固相线进行；别沿着液相线和固相线进行；3.当合金温度到达当合金温度到达251.2时，液相成分改变到时，液相成分改变到E点（点（11.2%Sb），（），（Pb）相成分改变到相成分改变到M点（点（3.5%Pb），此时，），此时，E点是两条液相线的交点，这时点是两条液相线的交点，这时液相不但要凝固出（液相不但要凝固出（Pb）相，还要凝固出（）相，还要凝固出（Sb）相。）相。 共晶转变共晶转变：即从液相同时凝固出成分不同的（：即从液相同时凝固出成分不同的（Pb）相和（）相和（Sb）相两）相两个相，这种转变叫做共晶转变或共晶反应。个相，这种转变叫做共晶转变或共晶反应。 说明：说明：（1

35、）共晶转变时，）共晶转变时，L、（、（Pb）、（）、（Sb）三相平衡，温度不变，且）三相平衡，温度不变，且F=0；（2）各相成分均应保持不变；）各相成分均应保持不变；（3）转变完成之后，液相消失，合金凝固完毕。）转变完成之后，液相消失，合金凝固完毕。NMtESbPbLE)()( 434.温度继续降低，（温度继续降低，（Pb）相和（）相和（Sb）相将沿着各自的固溶度线）相将沿着各自的固溶度线Mm和和Nn线改变，处于平衡的（线改变，处于平衡的（Pb）相和（）相和（Sb）相的成分均为定值。）相的成分均为定值。 注意：注意：在通常冷却条件下，由于固溶体中的在通常冷却条件下，由于固溶体中的扩散过程比较缓

36、慢扩散过程比较缓慢，固，固溶体中溶解度很难完全按照相图上的固溶度线改变，有时甚至不变。因此，溶体中溶解度很难完全按照相图上的固溶度线改变，有时甚至不变。因此，当固溶体的当固溶体的固溶度不大且随温度的变化也不大时固溶度不大且随温度的变化也不大时，一般不考虑过饱和固溶，一般不考虑过饱和固溶体的分解问题。体的分解问题。讨论：讨论：1、共晶合金共晶合金：成分恰好在成分恰好在E点的合金，当温度到达点的合金，当温度到达E点，就直接进行共晶点，就直接进行共晶转变。这一成分的合金就叫做共晶合金，转变。这一成分的合金就叫做共晶合金，E点叫做共晶点。点叫做共晶点。2、亚共晶合金亚共晶合金：通常把通常把共晶点以左共

37、晶点以左并有共晶转变的合金叫作亚共晶合金；并有共晶转变的合金叫作亚共晶合金； 亚共晶合金亚共晶合金：通常把通常把共晶点以右共晶点以右并有共晶转变的合金叫作亚共晶合金。并有共晶转变的合金叫作亚共晶合金。 “亚亚”和和“过过”只是相对的称法。只是相对的称法。44二二. .亚共晶、共晶及过共晶合金显微组织的特点亚共晶、共晶及过共晶合金显微组织的特点图图7.10 7.10 铅铅- - 6%锑相图锑相图 Sbw 由铅锑相图可以看出，亚共晶、共晶及过共晶合金凝固过均处于（由铅锑相图可以看出，亚共晶、共晶及过共晶合金凝固过均处于（Pb）+（Sb)两相区内，只是两个相的相对含量不一样而已。但是这三种合金的显微

38、两相区内，只是两个相的相对含量不一样而已。但是这三种合金的显微组织却有很大的区别，这是由合金的凝固过程的特点所造成的。组织却有很大的区别，这是由合金的凝固过程的特点所造成的。45初生相初生相：亚共晶及过共晶合金凝固时，都是由液相先凝固出一个：亚共晶及过共晶合金凝固时，都是由液相先凝固出一个固相，这个相就叫初生相。固相，这个相就叫初生相。图图7.11 7.11 铅锑合金的显微组织（铅锑合金的显微组织（130130） （a）6%Sb （b）11.2%Sb （c）20%Sb 例：例：1） 6%Sb 的合金中，黑色的枝晶是初生（的合金中，黑色的枝晶是初生（Pb），枝晶间细小的两相混），枝晶间细小的两相

39、混合物是（合物是（Pb）+（Sb）共晶体，其中（）共晶体，其中（Pb）是黑色，（）是黑色，（Sb）是白色。）是白色。 计算合金中共晶体的质量分数。计算合金中共晶体的质量分数。2） 11.2%Sb 的合金显微组织全部是共晶体。的合金显微组织全部是共晶体。 计算共晶体中（计算共晶体中（Pb）和（）和（Sb）的质量分数比。）的质量分数比。3） 20%Sb 的合金显微组织，这是一个过共晶合金，白色块状物为初生（的合金显微组织，这是一个过共晶合金，白色块状物为初生（Sb）相，其余为共晶体。相，其余为共晶体。 计算初生（计算初生（Sb）的质量分数。）的质量分数。46三三. .不平衡凝固时出现的共晶体不平衡

40、凝固时出现的共晶体 有些情况下，根据相图应当完全凝固为固溶体的合金中却出现了共晶有些情况下，根据相图应当完全凝固为固溶体的合金中却出现了共晶体，铝铜系合金就是一个例子。体，铝铜系合金就是一个例子。图图7.12 铝铜相图的一角铝铜相图的一角在平衡状态下，含铜量小于在平衡状态下，含铜量小于5.65%的合金完的合金完全凝固后，均可得到均匀的单相固溶体组织。全凝固后，均可得到均匀的单相固溶体组织。但在通常的冷凝条件下，固相中的扩散远不但在通常的冷凝条件下，固相中的扩散远不能进行完全，例如含能进行完全，例如含4%铜的合金冷凝时，固铜的合金冷凝时，固相的平均成分只能沿固相线以左的虚线变化，相的平均成分只能

41、沿固相线以左的虚线变化，到了共晶反应温度到了共晶反应温度548时，固相的平均成分尚时，固相的平均成分尚未达到未达到4%铜，而液相成分已达到共晶点（铜，而液相成分已达到共晶点（33.2%铜）。因此，这部分液体将转变成共晶体（铜）。因此，这部分液体将转变成共晶体（Al）+（ 为以中间相为以中间相CuAl2为基的固溶体）为基的固溶体）47图图7.13 铝铝4%Cu合金的显微组织（合金的显微组织（100） （a）快冷凝固后）快冷凝固后 （b）均匀化后快冷）均匀化后快冷 图图7.13（a）中为除了）中为除了Al-4%Cu合金冷凝后的显微组织，除了初生（合金冷凝后的显微组织，除了初生（Al）相具有典型的枝晶偏析组织外，还有分布在枝晶轴间的共晶体。相具有典型的枝晶偏析组织外，还有分布在枝晶轴间的共晶体。