第4章第2~3节二元合金相图.ppt

1、第2节二元相图及应用重点：应用相图说明合金的组织和性能。难点：相图分析、合金的结晶过程。,合金相图（平衡相图）：是用图解的方法表示不同成分、温度下合金中相的平衡关系，即“成分-温度-相”三者关系,作用：1、根据相图可以了解不同成分合金在温度变化时的相变及组织形成规律。2、由相图可知一定成分的合金，在一定温度下的相和组织。,一、二元相图的建立,通常热分析法获得。,主要步骤（以Cu-Ni合金为例）,纯Ni的冷却曲线,80%Ni的冷却曲线,60%Ni的冷却曲线,40%Ni的冷却曲线,20%Ni的冷却曲线,纯Cu的冷却曲线,汇总,L+,L,二、二元相图的基本类型及应用,（一）匀晶相图（二）共晶相图（三

2、）共析相图,（一）二元匀晶相图定义：是指两组元在液态和固态均能无限互溶时形成的相图。例如、Cu-Ni。,L+,1、相图分析（Cu-Ni相图）1）组元：Cu、Ni；2）特征点：A纯组元Cu的熔点（1083）B纯组元Ni的熔点（1452）,3）特征线：AB上凹线液相线；AB下凹线固相线4）特征区：L、和（L+）,2、合金的结晶过程,1）匀晶转变：从液相L中均匀析出单相固溶体的过程。2）在两相区：随着温度的下降，固溶体相不断增多，液相不断减少；,固溶体相的成分沿着固相线变化；液相的成分沿着液相线变化。3）室温组织：单相固溶体。,液相线,固相线,L,L,T1,L1,1,3、杠杆定律,在两相区，两相的质

3、量比可以用杠杆定律求得，即：QL/Q=bc/ab即QL/Q恰好与它们的杠杆臂成反比关系。杠杆定律只适用于两相区。,4、非平衡结晶与枝晶偏析在实际生产中，由于冷却速度较快，固溶体中原子扩散不充分。因此，先结晶部分含高熔点组元较多，后结晶部分含低熔点组元较多。一个晶粒内部化学成分不均匀的现象叫晶内偏析，或枝晶偏析。,晶内偏析塑性、韧性显著下降可通过扩散退火消除。,Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织,平衡组织,枝晶偏析组织,（二）二元共晶相图定义当二个组元在液态下无限互溶，而在固态时有限互溶，并有共晶反应发生时形成的相图。例如、Pb-Sn共晶相图。,1、相图分析（Pb-Sn相图）1）组元：Sn、

4、Pb；是Sn溶于Pb中的置换固溶体；是Pb溶于Sn中的置换固溶体。,2）特征点（7个点）a、b点分别为组元Pb和Sn的熔点；m、n点分别是固溶体、的最大溶解度点；,f、g点分别是固溶体、在室温下的溶解度点。e点为共晶点，e点对应的温度称为共晶温度；,共晶合金：成分对应于e点的合金；亚共晶合金：成分位于e-m点之间合金；过共晶合金：成分位于e-n点之间合金。,共晶反应：具有一定成分的液体（Le）在一定温度（共晶温度）下同时结晶两种成分的固溶体（m+n）称为共晶反应，即Le（m+n）结晶产物为共晶体。,共晶体的显微组织特征：是两相交替分布，其形态与合金的特性及冷却速度有关，通常呈片层状。,3）特征

5、线（5条）aeb为液相线；amenb为固相线；mf、ng代表两固溶体和溶解度曲线；men一段水平线又称共晶反应线，成分在该范围内的合金都将发生共晶反应。,4）特征区（7个区）3个单相区：L、和；3个双相区：（L+）、（L+）和（+）；1个三相区：（L+）,2、合金平衡结晶过程及组织含Sn量小于m点的合金匀晶转变二次析出（析出二次固溶体）,室温显微组织：+,共晶合金（e点合金）发生共晶转变：Le（m+n）,室温组织：（+），即100%的共晶体。,(3)亚共晶合金（m-e之间的合金）匀晶转变共晶转变二次析出,室温显微组织：+（+）+,其中、（+）、均称为合金的组织组成物，是合金显微组织的独立部分。

6、,Pb-Sn合金的结晶过程,（三）共析相图1、特点上部分为匀晶相图；下部分类似共晶相图。,匀晶相图,类似共晶相图,2、e点共析点e点对应的温度称为共析温度；共析合金：成分对应于e点的合金；亚共析合金：成分位于e-m点之间合金；过共析合金：成分位于e-n点之间合金。,共析反应：具有一定成分的固溶体（e）在一定温度（共析温度）下同时析出两种成分的固溶体（m+n），称为共析反应，即e（m+n）,结晶产物为共析体：呈片层状的特征，但比共晶体要细密。3、men为共析反应线：成分在该范围内的合金都将发生共析反应。,三、相图与合金性能之间的关系（一）合金成分与力学性能之间关系（二）合金成分与合金铸造性能之间关系,（一）合金成分与力学性能和物理性能,固溶体合金,共晶合金,固溶体的合金（匀晶相图）:,由于固溶强化，随着溶质组元含量的增加，其强度和硬度提高，呈曲线关系变化。而固溶体合金的电阻率与成分之间的关系也呈曲线关系变化。,共晶合金（共晶相图）：,（1）相图两端均为固溶体，其性能与合金成分之间呈曲线关系。（2）相图中间部分为两相机械混合物，合金的强度、硬度、电阻率与成分呈直线关系。（3）但两相十分细密