材料科学基础课件0502结构和相图

5.2

二元相图及类型1相图：描写系统状态或相变与成分、温度、压力关系的图解。相律：系统组元数、相数和自由度之间关系的规律自由度：平衡相数目不变，给定系统中可独立变化、决定体系状态的因素（温度、压力、浓度等）数目吉布斯相律：f=c-p+2对于不含气相的凝聚系统，可视为恒压条件：f=C－P+1热力学平衡条件只反映相的数目，不能反映各平衡相的结构、分布和具体形貌不能预测动力学过程自由度不能为负值2一、相图的建立配制合金—熔化均匀—平衡冷却结晶—记录特征温度—连接同意义点3成分和固溶度温度相相变成分和固溶度、温度、相、相变4相图形式：相区、液相线、固相线αLL

+αL3

L2

L1

C

α3α2α1

NiNi%二、二元合金相图的基本类型5匀晶反应：从液相中直接结晶出固溶体的反应。两种组元液态、固态无限互溶。(Cu-Ni,Ag-Au,Ag-Pt,Fe-Ni,Cu-Au,Cr-Mo，

CuFe2SiO4-Mg2SiO4

)1、匀晶相图液相成分变化∶C→L1→L2→L3固相成分变化∶

α1→α2→α3→C6合金平衡结晶过程（一定温度范围）：L

→L+α→α选分结晶：合金结晶过程中，液、固两相成分不同，分别

按照液相线和固相线变化，

靠原子扩散实现两相区液固相对含量符合杠杆定律w0c0

=wLcL

+wScS(wL

+wS

)c0

=wLcL

+wScS

wL(c0

-cL)

=wS

(cS

-c0)wL

LO=wS

SOwL

=

SOwS

LO7平衡凝固（结晶）：结晶过程，在每一个温度，两相的成分和相对量都遵守杠杆定理冷却速度要足够的缓慢，使得液、固相中的原子得以充分扩散，先结晶的a相成分也要随温度不断变化结晶结束时，得到与合金成分相同的、均匀的、单相、多晶固溶体凝固过程的扩散：液相内的扩散过程a相的继续长大a相内的扩散过程8不平衡凝固：液态合金冷却时，冷却速度大，成分扩散过程不能充分进行，反应不能按照相图温度和成分的平衡变化规律进行晶内偏析：不平衡结晶固溶体内部富含高熔点组元，而后结晶的外部富含低熔点组元，晶粒内部出现的成分不均匀现象9消除方法：均匀化退火，固相线以下100-200C长时保温Ni-70wt%Cu铸造枝晶偏析和扩散退火组织10枝晶偏析：晶内偏析形成.使材料强度低、塑韧性差、耐蚀性差、高温时枝晶熔化。有成分极点的匀晶相图11陶瓷体系的匀晶转变122、共晶相图L

+αα两组元液态无限互溶，固态有限互溶或完全不互溶，恒温下液体反应生成固相混合物(Pb-Sn,Al-Si,Pb-Bi)。共晶反应(转变):一定温度（共晶温度）下，由一定成分（共晶成分）的液相中同时结晶出两种一定成分的固相的转变。LL+ββα+βL

→

(α+β)

→(α+β)+αⅡ

+βⅡPb-Sn共晶合金组织13液相线:adb三个单相区14固相线acdeb共晶点

溶解度线：cf，eg15L→L+α→α→α+βⅡ（二次脱溶析出）相：α,β组织：α,

βⅡ共晶合金:L

L+(αc+βe) αc+

βe αf+βII

+βg

+αII室温下:相组成物α,β组织组成物:（α+β）共晶体（α+β）%=100%16亚共晶合金17L→L+α→(αc+βe)+α初生→(α+β)+α+βⅡ室温下：相组成物α，β室温组织：α初生+βII+（α+β）Pb-Sn亚共晶合金Pb-Sn过共晶合金α初生+βII+（α+β）β初生+αII+（α+β）18组织标注相图19共晶组织形态20共晶组织形态21伪共晶:在不平衡条件下，由共晶点附近的非共晶成分所得到的全部共晶组织称为伪共晶。通常将形成全部共晶组织的成分和温度范围称为“伪共晶区”或“配对区”或“共生区”。不平衡共晶：不平衡条件下，固相线下移，共晶温度下仍有少量液相，之后发生的共晶转变形成。离异共晶：合金先共晶相数量很多，共晶数量很少是形成的被分离开来的共晶组成。22233、共析相图共析合金:γ→

(α+β)→(α+β)+αⅡ

+βⅡ。共析反应（转变）:一定温度（共析温度）下，由一定成分（共析成分）的固相中同时析出两种一定成分的固相的转变Fe-C合金共析组织α+βγγ+ααβγ+β4、包晶相图24b+aII25b+aIIa+

b+aII＋bII265、其他相图偏晶相图L1

fi

L2

+

S合晶相图L1

+

L2

fi

S27熔晶相图S1

fi

L

+

S228包析相图a

+

bfi

ga29306.

形成化合物的二元相图形成稳定化合物的二元相图：稳定化合物指具有一定的熔点，在熔点以下，保持自己固有的结构而不发生分解，当温度达到熔点时，化合物发生熔解，熔解时所生成的熔体与化合物成分完全一致。313233形成不稳定化合物的相图:不稳定化合物加热至一定温度时，不是发生本身的熔化，而是分解为两个相，所生成的液相与原化合物显然不同。343非金属材料的相图536二元相图的一些几何规律37（1）相邻相区之间的相数差为1，点接触除外。两个单相区之间必有一个双相区。三相水平线只能与两相区相邻，而不能与单相区有线接触。两个单相区只能交于一点。（2）两相区与单相区的分界线与水平线相交，其延长线进入两相区，而不会进入单相区。（3）所有水平线都代表了三相平衡的恒温转变，水平线与参与平衡反应的三个相区为点接触，接触点分别代表了三个相的成分。转变的类型可由三个相的位置和性质确定。三、合金性能与相图的关系使用性能38力学性能：溶质元素→晶格畸变大→强度、硬度↑，（50%↑最大）39固溶强化、相界强化的作用。物理性能：对导电、导热率的影响。两相机械混合的合金，其性能是两相性能的平均值,，即性能与成分呈线性关系。各相的分散度对组织敏感的性能有较大的影响。固溶体的性能随合金成分呈曲线变化。形成稳定化合物（中间相）时，其性能在曲线上出现奇点。工艺性能铸造性能：结晶温度、流动性、收缩性、偏析。塑性加工性：变形抗力大小、塑性好坏。可否热处理性：是否存在相变，是否存在溶解度随温度的变化。40共晶合金的熔点低，是恒