二元合金相图

1、第四节合金结晶，1，掌握合金结晶的基本概念；2、掌握几个基本二元相图和相变过程；3、可以使用相位图确定特定条件下的金属特性。本节要点：合金结晶过程比纯金属复杂，一般分析相图。相图是在缓慢冷却条件下合金系统中各合金结晶过程的简明图表，也称为状态图或平衡图。合金系列是两种或多种元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。组份是构成合金的最简单、最基本、可以独立存在的物质。大多数情况下，组元素是构成合金的元素。没有分解和反应的化合物也可以看作是Fe-C合金的Fe3C等组元素。相图表示了在慢冷条件下不同成分的合金组织随温度变化的规律，是开发熔化、铸造、热加工和热处理工艺的重要依据。根据组元素的数量，分为

2、二进制相图、三元相图和多元相图。首先，几乎所有相位图都是通过实验生成的，最常用的是热分析。1 .制造不同成分的合金，测量各合金的冷却曲线，找出曲线上临界点(停止点或转折点和平台)的温度值。2.在温度-配置坐标中组件的垂直线上显示临界点。3.在垂直线上连接具有相同意义的点，并显示其数字和字母。Cu-Ni合金(白铜)为例，(1)生成二元相图，步骤：相图中结晶起始点的连接称为液相线。结晶最终点的连接称为固定线。两相区的合金使用杠杆定律，不仅获得了2平衡相成分，还获得了2平衡相相对重量。决定两个均衡上的成分。将合金成分制成x，经过x的垂直线。元件垂直线是温度t的o点和水平线，液体-固体线交点a、b的元

3、件x1、x2分别是液体和固体成分。以Cu-Ni合金为例，导出杠杆定律，则qlq=1qlx1 qx2=x解析方程式为：表达式的x2-x、x2-x1和x-x1是上图中直线xx2 (ob)、x1x2 (ab)和x1x(ao)的长度。 2平衡相晶体相对重量为合金重量为1，液相重量为QL，固相重量为q。因此，两相相对重量比是：两相重量比：常识与动力学的杠杆定律完全相似，所以称为杠杆定律。在特定温度下，合金的平衡相重量比等于在该温度下远离每个相区域的成分段的比例。在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的末端是所需的两个平衡相(或两个组织成分)的成分。杠杆定律仅适用于两相区域。例如(图)，第二和第二相图

4、的基本类型和分析，两组元素在液体和固体状态下无限相互溶解时构造的相图称为二元均匀相图。1，2元均匀相图，相图由两条线组成，由液相线、固体相线组成。相图分为两条线，三相区域，液相线上方是液体区域l，固相线下方是固溶体区域，两条线之间是两相共存区域(l)。合金结晶过程类似于纯成分以外的其他成分合金结晶过程，以合金为例说明。液态金属在高温下冷却到t1温度时，Ni含量高于合金平均成分的1的固溶体结晶。温度下降时，固溶体重量增加，液体重量减少。另一方面，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。由液体结晶出单个固相的这种转换称为均匀或均匀反应。成分变化通过原子扩散进行。合金冷却到T3后，最后一滴L3成

5、分的液体也变成固溶体，这时固溶体的组成又回复到合金成分3。液-固相线不仅是相区分界线，还是晶体中的两相成分变化线。均匀粒子变形是温度变化。合金的晶体只能在缓慢的冷却条件下得到均匀的组合物。但是，如果实际冷却速度快，则在决定时固体相原子不会充分扩散，因此首先决定的枝晶轴包含更多具有高熔点的元素(例如Cu-Ni合金中的Ni)，而结晶树脂包含更多具有低熔点的元素(例如Cu-Ni合金中的Cu)。(2)在一个树突范围内或在一个晶粒范围内构成不均的现象称为树突分离。它不仅与冷速度有关，还与液体-固体相线的间隔有关。冷却速度越大，液固导线间距越大，枝晶分离得越严重。枝晶分离会影响合金的机械、耐腐蚀性、加工和

6、其他特性。原子完全扩散，成分均匀，去除树突分离，称为扩散退火。Cu-Ni合金的平衡组织和枝晶分离组织，平衡组织，枝晶分离组织，2，二元共晶相图，两组元素在液体下完全相互溶解，在固体下有限相互溶解，发生共晶反应时生成的相图称为共晶相图。以Pb-Sn相位图为例进行分析。相图分析相：相图l，3相，Pb中溶质Sn的固溶体，Sn中溶质Pb的固溶体。相位区：相位图有三个单相区：l，三个两相区域：l、l、三相区域：水平线CED。液固导线：液相线AEB，固相线ACEDB。a，b分别是Pb，Sn的熔点。溶液线：溶解度点连接称为溶液线。相位图中的CF，DG线分别是sn到Sn，Sn到Pb的溶液线。固溶体的溶解度随温

7、度的降低而减少。共晶线：水平CED称为共融线。在共融线的相应温度(183)下，e点成分的合金同时结晶c点成分的固溶体和d点成分的固溶体，这两种相机械混合物le(c d)，在一定温度下，特定成分的液体中两种成分和结构都不同的新固体的转换称为共融转换或共融反应。共晶反应的产物，即两相机械混合物，称为共晶或共晶组织。发生共晶反应的温度称为共晶温度。表示共晶温度和共晶成分的点称为共融点。具有共晶成分的合金称为共晶合金。位于共晶线中共晶点的所有成分均为左侧合金，称为共晶合金，晶点为右侧合金，称为超共晶合金。具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时，会发生共晶反应。合金结晶过程共晶合金(合金)的结晶过程液

8、体合金冷却到e点时，Pb和Sn同时达到饱和，发生共晶反应：LE在析出过程中，两相上极核相互促进，共同生长，因此共晶组织较细，呈雕刻、棒、点球等形状。共晶组织形态，共晶转换过程中，l，3相共存，3相量不断变化，但其中每个成分都是固定的。共晶组织的比例共晶相。共晶转变结束时及相相对重量比：共晶结束后温度下降时，和的组成分别沿CF线和DG线发生变化，在共晶中，共晶微，和共晶结合，和共晶结合，共晶合金的室温组织仍为()共晶结晶。室温下两相相对重量的比率是多少？包含比c点合金(I合金)小的Sn的结晶过程在3点前转换为均匀结晶，从而结晶出可以直接从液相中确定的单相固溶体。温度下降到3点以下时，固溶体被Sn

9、过度饱和，晶格不稳定导致开始新的相-相析出(相变过程也称为析出)。已有固相析出的新固体比例二次相或二次相。二次相形成过程称为二次析出，是固体相变的一种。h，室温下的相对重量比用析出的二次表示。随着温度的下降，上衣的成分分别沿CF线和DG线变化，的重量增加。、二次相析出温度低，一般很小。合金室温组织。成分大于d点合金结晶过程合金，室温组织。共晶合金(合金)的结晶过程合金液在2点前转化为均匀结晶。2点冷却，固相成分更改为c点，液相成分更改为e点，此时两相相对重量为：2点，e点成分的剩余液体将共晶反应：l()转换为共晶组织，共晶组织的重量等于转移前的液体重量。也就是说，QE=QL反应结束后，在共晶温

10、度下，两相相对重量的百分比为：温度持续下降时，在1次和共晶中析出，在共晶中析出。室温组织为 () 。超共晶合金结晶过程类似于共晶合金，但1相、2相室温组织()除外。组织成分上图中显示的组织成分是构成合金组织的独立部件。和，球晶()是组织成分。与相的区别主要在于结构和构成。组织成分的差异主要在于形式。、共晶的结构成分相同，但形态不同，属于不同的组织成分。在拓扑结构图中显示组织成分时，标注的组织可能与显微镜下观察到的组织相匹配。Pb-Sn共晶组织，组织成分在相图中的显示，3，2元共晶相图，两个元素在液体状态中完全相互溶解，在固体状态中有限相互溶解，发生包晶反应时形成的相图称为包晶相图。以Pt-Ag

11、相图为例，简单分析一下，相图分析单相区域：l，两相区域：l，l，三相区域：l(水平线PDC)，在一定温度下，由一种液体从一种固体生成另一种新固体的反应称为包晶转换或包晶反应。水平线PDC称为波正线，对应于该线成分的合金在该温度下产生波正反应：LC 13;p ，合金结晶工艺po晶体成分合金：均匀晶体po晶体二次析出。室温组织为 ii的 PD成分合金：均匀晶体波晶二次析出。室温组织为 ii ii，直流组成合金：均匀晶体同质二次析出室温组织为 ii。共晶变形也是固体相变。最常见的共晶变形是铁碳合金的珠光体变形： s p fe3c。4，具有共晶反应的二元相图，共晶反应(共晶转化)是指在一定温度下，固定

12、成分的固体相同时，两种成分和结构完全不同的新固相析出的过程。(-奥氏体，-铁素体，Fe3C-渗碳体)，共晶相图类似于共晶相图，对应的共晶线(PS kk线)，共晶点(s点)，共晶温度，共晶成分，铁碳合金相图，共晶反应的产物是空位体(铁碳合金的共晶是珠光体)，也是两相机械混合物(铁氧体渗碳体)。与共晶反应不同，共晶反应的母体不是液体，而是固体。另外，由于固体转移过冷度大，共晶组织比共晶组织细。珠光体，5，2相图分析阶段，实际的两相图往往更复杂，可以按照以下步骤进行分析。相位图中包含的基本类型的相位图相位面面积确定相面积接触定律相邻两个相面积的相位差确定单相面积确定液相线以上；Fe- Fe3C相图，

13、由纯组元素闭合的区域，将相应的组元素作为单相固溶体区域；相位图的每条水平线必须与三个单相区域点接触。，Fe- Fe3C相图，确定两相区域：两相区域之间有两相区域，该两相区域的拓扑由两个相邻单相区域的拓扑组成。确定三相区域：二相图的水平线是三相区域，三相区域由与三相区域点接触的三相区域的拓扑组成。Fe-Fe3C相图，典型的三相等温水平线反应，典型的合金冷却曲线图二元合金冷却曲线的特征是： 在单相区域和两相区域冷却曲线中斜线。分析了典型合金的结晶过程从一个相区进入另一个相区时，向右转到冷却曲线上的拐点： a .从较少相区转向较多相区曲线；b .在具有大量拓扑的拓扑区域中，向左旋转到具有较少拓扑的拓

14、扑区域曲线。发生三等温变化时，冷却曲线呈水平阶段。合金结晶工艺分析绘制组织变化图。计算各相、各组织成分的相对重量百分比。a .在单相区域，合金是单相组成，相组成，重量是合金的组成，重量。b .在两相区，两相组成随各相线温度的不同而不同，各相和各组织成分的相对重量可由杠杆定律确定。合金成分是指杠杆，相或组织成分的组成是指杠杆末端。c .在三相区域，三相成分固定，重量不断变化，杠杆定律不适用。6，相图与合金特性的关系，相图与合金机械性能，物理特性的关系两相机械混合物的合金：性能与合金成分正交，是两相性能的算术平均值(例如，混合=QAHB混合=HB q HB (q，Q为两相相对重量)，形成稳定化合物的合金：特性-成分曲线上出现拐点。相图与铸造特性的关系，固溶