哈工大材料考研必备08金属学讲义-2

1、3.3 匀晶相图和固溶体凝固匀晶相图和固溶体凝固第三节第三节 二元系合金相图二元系合金相图 二元二元合金结晶时，从液相结晶出的都是单相的固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。1、 匀晶相图匀晶相图匀晶转变匀晶转变?373.3 匀晶相图和固溶体凝固匀晶相图和固溶体凝固 两组元在液态无限互溶、固态也无限互溶的二元合金相图，称为匀晶相图。第三节第三节 二元系合金相图二元系合金相图 匀晶相图匀晶相图? 产生匀晶相图的两金属组元必须具备如下条件：1、两者的金属结构相同，原子尺寸相近，尺寸差小于15%；2、两者具有相同的原子价和相似的电负性。具有这类相图的二元合金系主要有：Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mg、

2、Fe-Ni、Mo-W 等。1、 匀晶相图匀晶相图38 1、 匀晶相图匀晶相图 匀晶相图还可有其他形式，如Au-Cu、Fe-Co等在相图上有极小点、而Pb-Ti等在相图上有极大点。 应当指出，几乎所有的二元合金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类相图是学习二元合金相图的基础。1、 匀晶相图匀晶相图40 平衡凝固是指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组元间的扩散，以达到平衡成分。2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固平衡凝固?2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固( a ) 结晶瞬间 ( b ) 液态扩散 ( c ) 固态扩散

3、2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固结晶瞬间固态晶核界面的组元成分分布2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固合金组元液态原子扩散 2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固合金组元固态原子扩散 固溶体的平衡凝 固与纯金属一样， 包括形核与长大 两个阶段。2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固固溶体凝固的特点固溶体的平衡凝固 形核时也需要在液 态合金溶液中存在 一定的成分起伏和 温度起伏；2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固晶核 的长大包括三个过程:2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固u液相内的扩散；u固相的长大；u固相内的扩散。 和纯金属不同，固溶体合金在结晶时有以下两个显著

4、特点：2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固异分结晶固溶体合金的结晶需要一定的温度范围2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固固溶体合金结晶时所结 晶出的固相成分与液相 成分不同，这种结晶出 的晶体与母相化学成分 不同的结晶称为异分结 晶，或称选择结晶。异分结晶异分结晶2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固 既然固溶体的结晶属于异分结晶，那么在结晶时的溶质原子必然要在液相和固相之间重新分配，这种溶质原子的重新分配程度通常用平衡分配系数表示。 平衡分配系数K0定义为：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值，即:平衡分配系数2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡

5、凝固固溶体合金的结晶需要一定的温度范围这就意味着，在结晶时，始终进行着溶质和溶剂原子的扩散过程，其中不但包括液相和固相内部原子的扩散，而且包括固相与液相通过界面进行原子的互扩散，这就需要足够长的时间，才得以保证平衡结晶过程的进行。t3t0固溶体的平衡凝固 因为必须进行充分 的扩散，故具有以 下特点：2、 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固u所需时间长；u除晶界之外，晶粒 之间以及晶粒内部 的成分相同。 在实际生产中，合金溶液冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离了平衡条件，称之为非平衡凝固。3、 固溶体的非平衡凝固固溶体的非平衡凝固非平衡凝固3、 固溶体的非平衡凝固固溶

6、体的非平衡凝固3、 固溶体的非平衡凝固固溶体的非平衡凝固固相、液相平均 成分线与固相线、 液相线不同；3、 固溶体的非平衡凝固固溶体的非平衡凝固非平衡凝固具有以下特征：先结晶部分高 熔点组元含量 高，后结晶部 分低熔点组元 多；3、 固溶体的非平衡凝固固溶体的非平衡凝固非平衡凝固具有以下特征：总是导致凝固 终结温度低于 平衡凝固时的 终结温度3、 固溶体的非平衡凝固固溶体的非平衡凝固非平衡凝固具有以下特征：3、 固溶体的非平衡凝固固溶体的非平衡凝固3、 固溶体的非平衡凝固固溶体的非平衡凝固3.4 共共晶相图及其合金凝固晶相图及其合金凝固第三节第三节 二元系合金相图二元系合金相图 1、 共共晶相

7、图晶相图 在一定的温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程，称为共晶转变或共晶反应。共晶转变的产物为两个相的混合物，称为共晶组织。共晶反应1、 共共晶相图晶相图 两组元在液态时相互无限互溶，在固态时有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图，称为二元共晶相图。共晶相图1、 共共晶相图晶相图u 2条液相线u 1条固相线u 2条溶解度曲线1、 共共晶相图晶相图u 3个单相区u 3个双相区u 1个三项共存区1、 共共晶相图晶相图u 共晶点、共晶线u 共晶温度、共晶合金u 亚共晶、过共晶3.4 共共晶相图及其合金凝固晶相图及其合金凝固2、 共共晶合金的平衡凝固及其组织晶合金

8、的平衡凝固及其组织2、 共共晶合金的平衡凝固及其组织晶合金的平衡凝固及其组织2、 共共晶合金的平衡凝固及其组织晶合金的平衡凝固及其组织2.1、含锡量小于、含锡量小于2% 的合金的合金2.1、含锡量小于、含锡量小于2% 的合金的合金图3.16 局部放大示意图图3.17 匀晶相图示意图2.2、含锡量小于、含锡量小于19% 的合金的合金2.2、含锡量小于、含锡量小于19% 的合金的合金2.2、含锡量小于、含锡量小于19% 的合金的合金由固溶体中析出另一个固相的过程称为脱溶，即过饱和固溶体的分解过程，也称之为二次结晶。脱溶2.2、含锡量小于、含锡量小于19% 的合金的合金2.2、含锡量小于、含锡量小于19% 的合金的合金2.2、含锡量小于、含锡量小于19% 的合金的合金凝