金属学与热处理共晶相图

金属学与热处理共晶相图1第1页，共51页，2023年，2月20日，星期四1.下述哪些下列说法哪些是正确的?A温度高于液相线的合金为液态；

B温度低于液相线的合金为固态；

C温度低于固相线的合金为固态;

D温度高于固相线的合金为液态。思考题

答案：AC

2第2页，共51页，2023年，2月20日，星期四2.当非平衡凝固的匀晶合金一般会出现什么现象?A组织、成分均匀化；

B成分不均匀，出现树枝状偏析；

C与平衡凝固的合金组织、成分一样，没有区别。思考题

答案：B匀晶合金非平衡凝固时，由于冷却速度快，原子来不及充分扩散，所以最后得到的合金成分不均匀，出现树枝状偏析。通过均匀化退火可以消除树枝状偏析。

3第3页，共51页，2023年，2月20日，星期四3.A-B二元匀晶合金相图如右图所示。应用杠杆定律计算，当成分为40%B的合金冷却到1000˚C时，结晶出了多少固相？剩余多少液相（相对量）？思考题4第4页，共51页，2023年，2月20日，星期四

答案：

根据杠杆定律，固相的相对量计算如下：液相的相对量则为，

5第5页，共51页，2023年，2月20日，星期四由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发生共晶反应的相图，称为共晶相图。3.5共晶相图6第6页，共51页，2023年，2月20日，星期四（1）相图分析7第7页，共51页，2023年，2月20日，星期四点tA、tB、EM、N、F、G线tAEtB线为液相线tAMENtB线为固相线MEN线是共晶转变线MF线为Sn在Pb中的固溶度曲线NG线为Pb在Sn中的固溶度曲线8第8页，共51页，2023年，2月20日，星期四相区单相区两相区三相线9第9页，共51页，2023年，2月20日，星期四共晶合金:

61.9%Sn亚共晶合金:19.2%~61.9%Sn过共晶合金:61.9%~97.5%SnSn<19.2%和Sn>97.5%的合金可以看作是匀晶合金（2）共晶合金的平衡凝固共晶系合金一般以共晶点为界进行分类，可以分为：10第10页，共51页，2023年，2月20日，星期四端部固溶体合金（10%Sn-Pb合金）11第11页，共51页，2023年，2月20日，星期四12312第12页，共51页，2023年，2月20日，星期四10%Sn-Pb合金凝固过程示意图

13第13页，共51页，2023年，2月20日，星期四10%Sn-Pb合金显微组织

14第14页，共51页，2023年，2月20日，星期四共晶合金（61.9%Sn-Pb）15第15页，共51页，2023年，2月20日，星期四16第16页，共51页，2023年，2月20日，星期四

61.9%Sn-Pb合金凝固过程示意图17第17页，共51页，2023年，2月20日，星期四铅锡共晶合金的显微组织

18第18页，共51页，2023年，2月20日，星期四αβ1997.561.9共晶合金的显微组织是由α和β两相组成，所以它的相组成物为α和β两相。相组成物是指组成合金显微组织的基本相。组织组成物是指合金在结晶过程中，形成的具有特定形态特征的独立组成部分。19第19页，共51页，2023年，2月20日，星期四亚共晶合金成分在共晶点E以左、M点以右(即Sn:19.2~61.9%)的合金称为亚共晶合金。20第20页，共51页，2023年，2月20日，星期四21第21页，共51页，2023年，2月20日，星期四亚共晶合金凝固过程示意图共晶转变脱溶转变22第22页，共51页，2023年，2月20日，星期四

50%Sn-Pb合金显微组织23第23页，共51页，2023年，2月20日，星期四相的相对量：组织的相对量：24第24页，共51页，2023年，2月20日，星期四分析：共晶组织是由成分为E点的液相转变而来的，计算出共晶转变开始时液相的相对量即可。因此，选择L+α两相区和共晶温度作为计算条件。解：应用杠杆定理例题

平均含Sn量为40%的Pb-Sn合金中，共晶组织的相对量是多少?25第25页，共51页，2023年，2月20日，星期四过共晶合金26第26页，共51页，2023年，2月20日，星期四共晶转变脱溶转变27第27页，共51页，2023年，2月20日，星期四70%Sn-Pb合金显微组织28第28页，共51页，2023年，2月20日，星期四

铅锡合金组织分区图

29第29页，共51页，2023年，2月20日，星期四

共晶体的形成成分互惠－交替形核片间搭桥－共同生长两相交替分布（共晶组织）30第30页，共51页，2023年，2月20日，星期四层片状共晶的形成交替形核：在一定的过冷度下，尽管两固相都可能从液体中形核，由于两固溶体的成分结构的差别，总有一个固相先形核，它称为领先相，设领先相为α，由于α富A组元，其生长时附近液体则富B组元，α的存在和液体中B的富集，β相将附着在α上形核并长大，同理在β相外将附着α的形核长大。这种方式就是交替形核。31第31页，共51页，2023年，2月20日，星期四前沿液相中原子扩散示意图

共同生长：两个相长大时都要排放相应的溶质组元，排出的溶质将阻碍自身的生长，但两相同时生长时，一相排出的组元正是另一相生长所需要的，所以两相的生长过程将互相促进，最后是两相共同携手长大。由于两固相的成分是固定的，综合成分应和液体的成分相同，它们的数量反映在二者的厚度相对比例上。32第32页，共51页，2023年，2月20日，星期四共晶生长的搭桥机制33第33页，共51页，2023年，2月20日，星期四当两个固相都是金属性较强相时，共晶体一般生长成层片状。当两相的相对数量比相差悬殊时，在界面能的作用下，数量较小的相将收缩为条、棒状，更少时为纤维状，甚至为点(球)状。当有一相或两相都具有较强的非金属性时，它们表现出较强的各向异性，不同方向的生长速度不同，并且有特定的角度关系，同时生长过程要求的动态过冷度也有差异，往往有一个相在生长中起主导作用，决定了两相的分布，共晶体的形态也具有独特性，这时常见的形态有针状、骨肋状、蜘蛛网状、螺旋状等。34第34页，共51页，2023年，2月20日，星期四层片状（Al-CuAl2，定向凝固）棒状或条状（Sb-MnSb，横截面）球状或短棒状（Cu-CuO）针状（Al-Si）35第35页，共51页，2023年，2月20日，星期四螺旋状（Zn-Mg）Fe-C(石墨)的共晶组织36第36页，共51页，2023年，2月20日，星期四在非平衡凝固条件下，成分接近共晶成分的亚共晶或过共晶合金，凝固后组织却可以全部是共晶体，称为伪共晶。伪共晶的组织形态与共晶相同，但成分不同。两组元熔点大致相同的，一般出现对称的伪共晶区；两组元相差悬殊，伪共晶区偏向高熔点组元。伪共晶（2）共晶合金的不平衡凝固37第37页，共51页，2023年，2月20日，星期四四种伪共晶区38第38页，共51页，2023年，2月20日，星期四共晶系合金的不平衡凝固合金II在不平衡凝固时，由于固相线偏离平衡位置，冷到共晶温度以下，还有少量液相残留，最后这些液相转变为共晶体，形成不平衡共晶组织。不平衡共晶体39第39页，共51页，2023年，2月20日，星期四可能产生离异共晶示意图

由于共晶体中与初生固溶体相同的一相，往往依附在初生固溶体上生长，而把另一相推向最后凝固的晶界处，因此这种共晶体失去了共晶组织的形态特征，看上去好象两相被分离开来，所以称为离异共晶。离异共晶40第40页，共51页，2023年，2月20日，星期四离异共晶（Al-50%Sn合金）共晶组织中的Al已并入先共晶Al相，只有Sn被留在晶界处。41第41页，共51页，2023年，2月20日，星期四本节要点概念：共晶转变、亚共晶、过共晶、伪共晶、离异共晶共晶合金的平衡凝固理解伪共晶和离异共晶的形成下节内容：包晶相图42第42页，共51页，2023年，2月20日，星期四1.在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。A是

B否思考题

答案：B成分在共晶线宽度范围内的合金冷却到共晶温度时，未凝固的液相成分沿液相线变化到共晶点，而进行共晶转变。因此，并不是只有共晶合金才发生共晶反应。43第43页，共51页，2023年，2月20日，星期四2.发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。A是

B否思考题

答案：A能够发生共晶反应的液相成分一定是共晶成分。

44第44页，共51页，2023年，2月20日，星期四3.共晶转变进行时，系统的自由度F

A为–1

B为0

C为1思考题

答案：B二元合金发生共晶反应时是三相（L,a,b）共存，根据相律计算可以知道系统的自由度为0。任何系统的自由度最小值是0，不可能为负值。

45第45页，共51页，2023年，2月20日，星期四4.相图中的共晶线

A是一条水平线直线；

B是一个三相区（L,α,β）；

C一般是一条斜线，水平线是特殊情况。思考题

答案：A因为共晶反应是恒温转变，反映在相图上只能是一条水平线；共晶反应时三相共存，所以共晶线也是一个三相区。

46第46页，共51页，2023年，2月20日，星期四5.根据Pb-Sn相图，应用杠杆定律计算40%Sn合金中α相和β相的相对量。思考题47第47页，共51页，2023年，2月20日，星期四解：首先选择a+β二相区，选择共晶温度，合金的平均成分49%为杠杆的支点。应用杠杆定律计算如下：

48第48页，共51页，2023年，2月20日，星期四6.根据Pb-Sn相图，应用杠杆定律计算40%Sn合金的共晶组织中的α相占全部合金的相对量。思考题49第49页，共51页，2023年，2月20日，星期四提示：40%Sn合金由初生的α相（先共晶α）和共晶体组成，共晶体又由α