第四章 合金的相结构与二元合金相图

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第四章__二元合金相图

第四章__二元合金相图

固溶体的分类
•按溶质原子在溶剂晶格中的位置分:
置换固溶体与间隙固溶体
•按溶质原子在溶剂中的溶解度分:
有限固溶体和无限固溶体
•按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分:
无序固溶体和有序固溶体
• 1、置换固溶体 • (substitutional solid solution) • 溶剂原子被溶质原子所置换
杠杆定律
杠杆定律是确定状态图中两相区内两平衡相
的成分和相对重量的重要工具
由杠杆定律可算出合金中平衡两相的相对质
量(即质量分数)
二元合金系,杠杆定律只适用于相图中的两
相区, 且只能在平衡状态下使用。杠杆的两个
端点为给定温度时两相的成分点, 而支点为合
金的成分点。
4、合金的不平衡结晶与树枝状偏析
成的固溶体。
形成条件:溶剂与溶质原子尺寸相近,直径
差别较小,容易形成置换固溶体。
置换固溶体中原子的分布通常是任意的,称
之为无序固溶体。在某些条件下,原子成为 有规则的排列,称为有序固溶体。
固溶体的溶解度
浓度:溶质原子在固溶体中所占的百分比 溶解度:在一定条件下的极限浓度 置换固溶体中,影响溶解度的因素有原子
2、间隙固溶体(interstitial solid solution)
溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体 晶体结构类型
晶格畸变(lattice distortion)
由于溶质原子的介入,原子的排 列规律受到局部的破坏,使晶格 发生扭曲变形。
溶质原子的溶入,使固溶体的晶格发生畸变,变形抗力增 大,金属的强度及硬度升高的现象------固溶强化
T,C 1500 1400 a1 1300 1200 1100 a 1083 1000 Cu L 1455

二元合金

二元合金
32-10
匀晶相图
§2 二元合金相图
32-11
二、匀晶相图
❖匀晶相图
➢特点:液态、固态均无限互溶 ➢同类: Cu-Ni、 Cu-Au、
Au-Ag、Fe-Cr等
§2 二元合金相图
32-12
相图分析
❖ 典型的点: ❖ 典型的线: ❖ 典型的区: ❖ 结晶过程: ❖ 杠杆定律:
§2 二元合金相图
α相
能充分进行而产生 的化学成分不均匀 的现象。
§2 二元合金相图
32-29
五、共析相图
§2 二元合金相图
S1S2+S3
c d+e
32-30
一、合金形成单 相固溶体
纯金属与 合金的差别
Fig.4-21 固溶体合金 的力学性能、物理 性质与合金成分的 关系
§3 相图与性能的关系
32-31
§3 相图与性能的关系
32-35
①高于300℃ ②刚冷到183℃,共晶转变尚未开始 ③在183℃,共晶转变完毕 ④冷至室温。
有含
10 28

些%
相锡
, 并
, 在

求 相
相 应

的温
相度
对下
量,
32-36
②刚冷到183℃,共晶转变尚未开始
L+α
QL
28 19 61.9 19
100%
21%
Q
61.9 28 100% 61.9 19
⑴金属模浇注与砂模浇注; ⑵高温浇注与低温浇注; ⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件; ⑷浇注时采用震动与不采用震动; ⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。 2.分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程 和显微组织上的异同之处。 3.为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金、要进 行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?

第四章-二元合金相图

第四章-二元合金相图
Pb WSn(%) Sn
G
t/s
70% Sn的过共晶合金的结晶过程分析
概括起来,过共晶合金平衡结晶过程为:
t1温度以上: 液态 L70 L
19
t1~ t2温度: 液相中析出 , t2温度时发生共晶反应: L61.9 t2温度以下: 初 Ⅱ
97.5
室温组织: 初 + Ⅱ + (+)共晶
一、相律
在恒压下,在纯固态或纯液态情况下,出现的相数 小于等于主元数。在液固共存(恒温)条件下出现 的相数小于等于主元数加一。因而,对二元合金, 固态下出现的相数为1或2,液固共存(恒温)条件 下恒温下出现的相数为2或3。
二、二元匀晶相图的分析
匀晶转变:在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。 二元匀晶相图:指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。 具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
标注在温度— 成分坐标中 无限缓冷下测各 合金的冷却曲线 连接各相变点
确定各合金 的相变温度
确定相
如:0%Cu、20%Cu、40%Cu、60%Cu、80%Cu、100%Cu 六组合金。
Cu20% Cu60%Cu80% Cu Ni Cu40%
1600
1500
1400
1400 1300
L
(L+ )
T
Ni
WCu(%)
Cu
将铸件加热到低于固相线100~200℃的温 度,进行长时间保温,使偏析元素充分进行扩 散,以达到成分均匀化。
设A、B组元的熔点分别为1450℃和1080℃,它们 在液态和固态都无限互溶,则这两种组元组成的 二元相图叫作二元 相图;先结晶的固溶体 中含 组元多,后结晶的固溶体中含 组元多,这种成分不均匀现象称为 , 通过 工艺可以减轻或消除这种现 象。

(戴)第4章 二元相图

(戴)第4章 二元相图
说明合金在此相区范围内, 可改变温度、成分,仍然 保持原状态。
②二元相图中两相区内:
C=2,P=2,f =2-2+1=1
说明温度、成分中只有一个
独立变量,即在此相区内任 意改变温度,则成分随之而 变,不能独立变化;反之亦然。

例如:
③二元相图中三相共存时(E点):
C=2,P=3,f =2-3+1=0

课前复习:
4.2.2 共晶相图
1、共晶相图分析
共晶转变:液相在恒温下同时结晶出两个固溶体的过程。
共晶相图:表示共晶转变的相图。

恒温
α +β
二元系合金中,铸铁、Pb-Sn、 Pb-Sb、Al-Si、 Ag-Cu等属于共晶系
2、Pb-Sn合金的平衡凝固 (1)合金Ⅰ (Sn %﹤19wt%)——α固溶体合金
w ok w oh
w oh Ch Co w ok C0 Ck
oh Ch Co w 100% kh Ch Ck
ok Co Ck w 100% kh Ch Ck
4.1.2 相图建立
二元合金相图是根据实验得到,通过测试材料的 相变临界点绘制而成的。 测定相图常用的物理方法有: 热分析法、金相组织法、X射线分析法、硬度法、电阻 法、热膨胀法、磁性法等。
相成分
相组成(相的相对量)
组织组成体的相对量
②相图表示平衡状态下的情况,而实际生产中基本上
是处于非平衡状态,相图中的参量只作为实际研究、
生产的重要参考。
3、根据相图(大致)判断合金的性能
3、根据相图(大致)判断合金的性能
4.4 铁碳相图和铁碳合金
4.4.1 铁碳相图
铁碳合金——铁与碳组成的合金。

二元合金的相图

二元合金的相图

+ Ⅱ
组织组成物

冷却曲线
t

组织中,由一定的相构成 的,具有一定形态特征的 组成部分。
X2合金结晶过程分析 (共晶合金)
T,C
L
T,C
L
(+ )
183

L+
M
L
E
L
L+
N

L(+ ) 共晶体
(+ )
+
Pb Sn X2
冷却曲线
t
(+ )
铅锡共晶合金的显微组织
液固相线距离愈小, 结晶温度范围愈小,则流 动性好,不易形成分散缩 孔,铸造性能好。 共晶成分的合金铸造 性能最好。
锻造、轧制性能:
单相固溶体合金, 变形抗力小,变形均匀, 不易开裂,锻造、轧制性 能最好。
T,C
T,C L
1
L L+(+ )+
L+
183
L+
M
E
+
L+ N
2
(+ )+
(+ )+ + Ⅱ
Sn
Pb
X3
t
亚共晶合金的平衡结晶过程
(+ )+ + Ⅱ
β II
α
α+β
WSn50%的Pb-Sn合金的显微组织
(+ )+ + Ⅱ
L

T,C

3 F 4 X1
L+
M
c
LEL+ 来自L L+
e
N

第四章 二元合金

第四章 二元合金

2.1.2置换固溶体: 2..1.2.1形成置换固溶体造成的后果-固溶强化; 固溶强化:当溶质原子溶入溶剂晶格时,将 造成晶格畸变,如图所示,使强度、硬度增 加的现象;
2.1.2.2影响固溶度的因素: ①原子尺寸因素:组元间的原子半径越接近,则 固溶体的固溶度越大。 原因:晶格畸变;
2
• 当温度缓冷到 3点,温度冷 却到t3时,结 晶结束,得到 与原合金成分 相同的α固溶 体。
结晶规律: ①在温度不断下降过程中,液相的成分不断的沿着 液相线变化, α相的成分不断的沿着固相线变化; ② α相的数量不断增多,液相的数量不断减少,在 一定温度下,两相的相对含量可以用杠杆定律计 算。
•综上所述,形成无限固溶体的必要条件: ①晶体结构相同; ②电化学性质(负电性)相近; ③原子尺寸相近; ④溶质元素的原子价要小;
2.1.3间隙固溶体:原子半径很小的溶质原子溶入到 溶剂中时,不是占据溶剂晶格的正常结点位置,而 是填入到晶格的间隙中,形成间隙固溶体。
说明:
①间隙固溶体只能是有限固溶体; ②形成条件:
3.3杠杆定律(只适用于两相区) 杠杆定律适用于二元系合金中,在两相区中确 定相的相对含量。 在Cu-Ni二元合金 中,Ni的含量为C% 的合金Ⅰ在温度t1时, 两相平衡 L 通过温度t1作一水平 线段arb,CL、Cα分 别表示液、固两相 的成分。
下面计算液相和固相的相对含量。设合金的总 质量为1,液相的质量为WL,固相的质量为Wα, 则WL+ Wα=1
• 宏观组织:用肉眼或放大镜观察到的组织;
• 微观组织:用显微镜观察到的组织;
• 电子显微组织:用电子显微镜观察到的组织;
2、相的分类
根据相的晶体结构特点分为两大类:固溶体和 金属化合物。

第四章二元合金

第四章二元合金

⒍结构:
原子尺度的材料形貌(晶格类型、晶胞 尺寸等)用射线确定。
第一节 合金的相结构
一、 固溶体 合金在固态时,组元间会相互溶解, 形成一种在某种组元的晶格中包含有其它组元 的新相称为固溶体。
晶格与固溶体相同的组元-溶剂。 晶格与固溶体不同的组元-溶质。 固溶体又划分为:置换固溶体,间隙固溶体。
(一) 置换固溶体: 溶质的原子,对溶剂晶格上某些结点位置的 原子置换而形成的,见图4-1。 这种置换引起: ⒈ 固溶强化:“置换”,使溶剂晶格畸变,引 起 固溶体强度、硬度提高,物理性能变化。这是 提高合金机械性能的重要手段之一。 见图 4-2:
一、 化合物:
⒈ 定义: 合金中,当溶质含量超过溶解度时,将 析出新相,当新相的晶格与合金任一组元都不同, 则新相为化合物。 当新相的晶格与合金的另一组元(溶质)相同, 则为新固溶体。 ⒉化合物分类: 正常价化合物,电子价化合物,间隙化 合物,复杂结构间隙化合物见图4-6。
⒊ 化合物特点:
具有复杂晶格结构,熔点极高、高硬脆。 如能“弥散”于合金中是“强化相”。 是 很 多合金的重要组成相。
' 1
t ② 温度由t 1 降至 2 ,液态合金中继续生新核, 原有的核长大。固相量不断增多,液相量不断 减少,但总重量仍为1。 此时新 相核,含Ni为X X ,数量增多。 ' 原含Ni为 1 的核,其含Ni 量由于原子扩散作 X ‘ 用变为 X 2 。而剩余液相含Ni量变为 2 。 X 固相量进一步增多,液相量进一步减少, 但总量仍为1。 但:此时合金含镍量仍 为K 。
第二节 二元合金相图
⒈ 几个名词、术语: 合金系: 由给定组元配制成的一系列成分不同 的合金,即合金系。 例: 二个组元—二元合金系。 三个组元—三元合金系。 多个组元-多元合金系。 平衡(相平衡): 合金中参与结晶或相变过程的各相浓度 不再改变时的状态。

4 第四章 相图(二元)

4 第四章 相图(二元)

配制合金系中几种不同成分合金 熔化后,测试其冷却曲线 根据曲线上的转折点,确定各合金的凝固温度 将上述数据引入以温度为纵轴,成分为横轴的坐标
平面中 连接意义相同的点,作出相应的曲线 曲线将图面分成若干区域----相区。经过金相组织分 析,测出各相区所含的相,将相的名称标注其中, 相图工作就完成
4,过共晶合金
★ E点以右,D点以左,为过共晶合金,与亚 共晶合金类似,白色卵形为初晶β,黑色为共 晶体(α+β)。 ★α,β,αⅡ,βⅡ,(α+β)称组织组成物 ★α,αⅡ为一个相。(α+β)两相混合物,称共晶 体。 ★求组织组成物的相对量,同样可用杠杆定理 标明各区的组织---组织分区图
四、共晶组织和初晶形貌 1,共晶组织的形貌
测试时要求合金的成分准确,纯度高,冷却
速度要慢0.5~1.5℃/min
下面是Ni-Cu合金相图,是最简单的相图之一
Ni 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 20% 40% Cu Cu
80% Cu 60% Cu
Cu
Ni 20 40 60 80 Cu Cu%
2.2. 使用二元合金相图的基本方法
2 > 2 ;此时 2 -2 <0




dG<0
当α相与β相彼此平衡时,在dG=0, 同理 :------------------------------
= =
1
2
2
1
1.3. 相律
相律是分析和使用相图的重要依据。凝集态
受压力影响很小,在恒压下:相平衡条件的 数学表达式:f=c-p+1 (在物理化学中也指出) 式中C为组元数,P为共存的平衡相数,f为自 由度数。 单元系(纯金属) f=1-2+1=0,自由度为1,表 明恒温下平衡熔化或凝固。 二元系C=2,当f=0,p=3,在恒定温度下处于三 相平衡;两相共存时,自由度数目为1,表明 平衡凝固或熔化就在一定温度范围

二元合金相图

二元合金相图

2 ,2 dG ,dG




dG=dG +dG


dG =2 dn dG =2 dn 2 且-dn =dn 2 (守恒) 2 2 dG=2 dn +2 dn 2 =(2 -2 )dn 2 2
组元2从α相自动地转移到β相和条件是
严重枝晶偏析会使铸件力学性能降低,枝晶
空隙位置有夹杂(低熔点),抗蚀能力下降。 可利用扩散退火,在低于固相线100~200℃ 长期保温来消除枝晶偏析。
有些匀晶合金系相图具有极大或极
小点---在恒温下凝固。极大点,极 小点合金凝固时,液固相成分相同, 减少了一个确定合金状态的变量。 该合金相律公式修改为f=c-p
b/M B h= a/M A b / M B
1.4. 相图的物理意义
a.已知合金成分,根据相图找出不同温度下
合金所处的状态和相变点。 b.温度一定,合金所处的状态以及合金随成 分发生的相转变。 二元相图通常用纵坐标表示温度,横坐标表 示成分
第二节 二元相图
2.1. 二元相图的建立
形态(千姿百态) : 片层状,棒状(条状或纤维状), 球状(短棒状),针片状,细螺状(实际上是层片状 共晶体的一种变态) ★影响因素:形貌受多种因素影响,其中两个组成 相的本质是主要因素 ★凝固时,液固相界面微观粗糙的相是金属相,界 面光滑的相是非金属相。
金属—金属型共晶体 (粗糙—粗糙型)组织
片层状或棒状、带状、纤维状 金属—金属和金属---金属间化合物共晶
★形核与长大:
两组成相是不会同时形核,首先形核的叶领先相,
然后两相交替生长,互相创造条件。 而且α片与α片,β片与β片常以搭桥方式互相联 系形成整体。

第4章第2~3节二元合金相图

第4章第2~3节二元合金相图

3)特征线(5条)
aeb 为液相线;amenb 为固相线; mf、ng — 代表两固溶体ɑ 和β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、ɑ 和β;
3个双相区:(L+ ɑ )、(L+β) 和( ɑ +β);
+βn),称为共析反应,即 γe →(ɑm +βn)

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
温 度 T
时间 t
Cu
20
40
60
80
Ni
wNi%
20%Ni的冷却曲线
温 度 T
时间 t
Cu
20
40
60
80
Ni
wNi%
纯Cu的冷却曲线
温 度 T
时间
Cu t
20
40
60
80
Ni
wNi%
汇总

L L+α
α
温 度 T
Cu
20
40
60
80
Ni
wNi%
二、二元相图的基本类型
及应用
(一)匀晶相图 (二)共晶相图
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(ɑm +βn) 称为共晶反应,即

第四篇__二元合金相图

第四篇__二元合金相图
形核和晶粒的长大 能量起伏 、结构起伏、成分起伏
固溶体合金在平衡结晶过程中,固相成分 沿固相线变化,液相成分沿液相线变化
α
匀晶转变的特点
➢合金在一定温度范围内结晶; ➢在合金结晶过程中,先结晶出的固相和剩余液
相的成分都与原来合金的成分不同,它们分别 沿着固相线和液相线变化。
➢结论:两相区中,相互处于平衡状态的两个
非常稳定。
它们的合理存在,可有效地提高钢的强度、 热强性、红硬性和耐磨性,是高合金钢和硬 质合金中的重要组成相。
间隙化合物
形成条件:非金属原子半径与金属原子半
径之比大于0.59时,具有复杂结构。如钢中的 Fe3C、Cr23C6、Fe4W2C、Cr7C3、Mn3C等。
特点:具有很高的熔点和硬度, 但比间隙相
第四章 二元合金
内容简介
本章介绍合金相结构和组织的基本概念、 二元合金相图的建立过程和分析相图的基本 方法,以及二元相图与合金性能之间带规律 性的一些关系。
重点掌握合金相结构,并学会分析二元 合金相图。
关于合金的基本概念
➢合金:一种金属元素同另一种或几种元素(k
可以是金属,也可以是非金属), 通过熔化或 其它方法结合在一起所形成的具有金属特性 的物质。
况,包括相的种类和相对量。
➢组织:在显微镜下所观察到的,具有一定大
小、形状和分布的金属内部的微观形貌。
➢在金属或合金中,由于形成的条件不同,各
种相将以不同的数量、形状、大小相互结合, 因此,在显微镜下,可以看到金属或合金具 有各种不同的组织。
➢合金的组织状态:合金在一定条件下,由哪
几个组织组成,以及它们的相对量。
2、间隙固溶体(interstitial solid solution) 溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体

第4章 二元合金

第4章 二元合金

TE- P 7 Wenyun Ju
测定时所配制的合金数目越多,所用金属纯度越高, 测定时所配制的合金数目越多,所用金属纯度越高,测 温精度越高,冷却速度越慢(0.5℃/min ~1.5℃/min),则所 温精度越高,冷却速度越慢 ℃ ℃ , 测得的相图越精确. 测得的相图越精确. 如图2.8所示是用热分析法建立的 所示是用热分析法建立的Cu-Ni合金的相图过 如图 所示是用热分析法建立的 合金的相图过 程示例. 程示例.
TE- P 2 13 Wenyun Ju
2, 固溶体 溶质原子溶入金属溶剂 溶剂中所组成的合金相称为固溶体.固溶体 溶质 溶剂 的点阵结构仍保持溶剂金属的结构,只引起晶格参数的改变. 当两组元在固态无限溶解时,所形成的固溶体称为连续固溶体 或无限固溶体;当两组元在固态部分溶解时,所形成的固溶体称为 有限固溶体或端际固溶体.按照溶质原子在固溶体中所处的位置, 固溶体又可分为间隙固溶体和置换固溶体. 1) 间隙固溶体 当溶质原子直径与溶剂原子直径的比值 小于0.59时,才能形成间隙固溶体.溶剂晶 格的间隙是有限的,因此,间隙固溶体只能 是有限固溶体.
当共晶组织十分细密且在不平衡结晶时出现伪共晶其强度和硬度在共晶成分附近偏离直线关系而出现峰值如图225中虚线所示wenyunju33不同类型的合金与性能关系tewenyunju34根据相图判断合金的铸造性能合金的铸造性能主要表现为液态合金的流动性缩孔热裂倾向等性能它主要取决于相图上液相线与固相线之间的水平距离及垂直距离即结晶的成分间隔与温度间隔
TE- P 4 15 Wenyun Ju
3,强化金属的方法 ,
1),细晶强化
程度. σs= σi+Kyd-1/2 σi反映位错在晶粒内运动时的摩擦阻力, Ky反映位错运动造成的滑移从一个晶粒传播到相邻晶粒的难易 外来原子溶入基体中形成固溶体,产生晶格畸变造材料通过基体中分布有细小弥散的第二相质点而产生的强化. 这种弥散质点可以是过饱和固溶体时效时的脱溶产物,或是材料制备时特意加入 的弥 散质点(如粉末冶金).

金属学第四章 二元合金相图

金属学第四章 二元合金相图

热分析法 利用合金在转变时伴有热学性能变化的特性,通
过测量系统温度的变化来得到临界温度,从而建立起
相图。
热分析法建立二元合金相图的步骤
• 将给定两组元配制成一系列不同成分的合金; • 将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下,分别测出它 们的冷却曲线; • 找出各冷却曲线上的相变临界点(曲线上的转折点) ; • 将各临界点注在温度——成分坐标中相应的合金成分 线上; • 连接具有相同意义的各临界点,并作出相应的曲线; • 用相分析法测出相图中各相区(由上述曲线所围成的 区间)所含的相,将它们的名称填入相应的相区内, 即得到一张完整的相图。
c
L+ L+
+
f
Ag%

g
Ag
+ Ⅱ
t
4.3.4. 共析相图
共析转变:
T,C
( + ) 共析体 L L+


A
+
c
+ d
e
+

B
4.4 相图与性能的关系
1. 合金的使用性能与相图的关系
● 固溶体中溶质浓度↑ → 强度、硬度↑ ● 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密,强度越高。
T,C
固相线

Pb
L+
L
L+

Sn
固溶线 固溶线
+
Sn%
共晶转变分析
T,C

Pb
L+
c
L
d
L+
e

共晶反应线 表示从c点到e点 范围的合金,在 该温度上都要发 生不同程度上的 共晶反应。

第四章:二元相图

第四章:二元相图
4.1相图的基本知识 4.1.3相律及杠杆定律
2.杠杆定律: 问题提出: ①当二元合金(成分已知)由两相组成时两相的相对重量是多少?
例:45钢(含C=0.45%),铁素体(F)和Fe3C两相各占多少? ②当二元合金两相相对重量已知时,合金成分是多少?
例:金相观察:F:95%; Fe3C:5%;求钢的含碳量? 杠杆定律可以解决此类问题。
以Cu-Ni二元合金相图说明:
第四章:二元相图
4.1相图的基本知识 4.1.3相律及杠杆定律 2.杠杆定律:
以Cu-Ni二元合金相图说明:
计算成分为x的合金在t1℃时,L和两相的相对重量。
根据相律:在t1℃时,L和α两相成分分别为CL,C α.。 设:合金总重量为1,液相重为WL, α相重Wα 则有:WL+Wα=1
第四章:二元相图
4.2.2共晶相图
1.相图分析
以Pb-Sn二元合金相图为例:
最大特征:三相水平线:
f=2-3+1=0
温度恒定,三相成分固定。 E点:共晶点
第四章:二元相图
4.2.2共晶相图
2.典型合金平衡结晶及组织
(1)固溶体合金的结晶 M点以左(α),N点以右(β)
以含Sn=10%的合金为例
1-2点,与匀晶结晶一样。 2-3点,为单相α。 3点以下:从含Sn过饱和的α中析出βII。
第四章:二元相图
复习合金、组元、相、相结构(固溶体、化合物) 纯金属结晶→单相。
相图:以温度为纵坐标,成分为横坐标,反映不同成分的合金 在任意温度下所处的平衡相状态的图解。 相图→状态图,平衡状态图 。 平衡:合金从液态(高温)到室温是在极其缓慢的条件下完成的。 相图用途:①帮助认识相的变化规律
②计算任意合金在不同温度下相和组织含量。 ③ 帮助制定热加工工艺:
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室温组织:(α +β ) 室温相组成:α +β
E以上 结晶开始 E点 结晶终了 E以下
tE LE (M N)
Pb-Sn共晶组织
2007-05-12 30
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第四节 共晶相图
3、亚共晶合金(19%<WSn<61.9%)
tE
室温组织:α+βⅡ+(α+ β) 室温相组成: α+β
a
b
Cu-Ni合金相图的测绘 (a)冷却曲线 (b)Cu-Ni相图
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相图分析工具
三、相律 相律:在平衡条件下,系统自由度f、组元数c 和相数p之 间的数学表达式: f=c-p+2 或 f=c-p+1 (常压) 自由度: 保持相数目不变的条件下,合金系中可以独立改变的内 部和外部因素的数目。 合金系的最大自由度数: 纯 金 属:fmax=1(成分固定不变0,温度1) 二元合金:fmax=2(成分独立变量1、温度1) 三元合金:fmax=3(成分独立变量2、温度1)
B
杠杆定律的力学比喻
ar w 100% ab rb 100% wL ab
以成分为支点,远离该相的线段代表该相。整个线段为总重量。
如ab代表总重量,ra和rb分别带到α 相和L相。
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相图分析工具
杠杆定律: ●本质:在质量守恒的系统中,系统的成分是各子系统 组元含量的加权平均值,其权重就是各子系统的相对数量。 ●应用杠杆定律,关键是正确选择杠杆的两个端点和支 点。杠杆的两个端点分别是组成该系统的两个子系统的成 分点,而杠杆的支点是这两个子系统成分的加权平均值。 男孩女孩共8人,来分 苹果40个。男孩一人分4 个,女孩一人分8个,求 男孩女孩各几个?
根据相图分析平衡结晶过程 非平衡结晶及组织
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第一节 合金的相结构
几个重要概念
1、合金 两种或两种以上的金属,或金属与非金属元素组成 的具有金属特性的物质, 如铁碳合金等; 2、组元
组成合金最基本、独立的物质称为组元 ,是组成
合金的元素,但也可以是化合物,有二元、三元等; 3、相 合金组织中成分、结构和性质相同的部分,有相界 面分开,是合金组织最基本的组成部分。
● 原子半径比rx/rm >0.59:复杂结构的间隙化合物( Fe3C)
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第一节 相结构
组元间既不溶解,也不反应——机械混合物 如,珠光体:F+Fe3C
珠光体片层结构
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第一节 相结构
组元之间相互溶解——固溶体:铁素体(F)、奥氏体(A)
特点:保持溶剂晶格类型
1、分类 (1) 按溶质原子在晶格中的位置:置换固溶体 、 间隙固溶体
间隙固溶体
置换固溶体
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第一节 相结构
(2) 按固溶度: 有限固溶体、无限固溶体
(3) 按相对分布: 有序固溶体、无序固溶体
无序分布
偏聚分布
短程有序分布
无序分布
偏聚分布
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相图分析工具
四、杠杆定律
确定两个平衡相的相对重量——仅适用于两相区
1.确定两平衡相的成分:CL 、Cα ; 2.确定两平衡相的相对重量
I a r b
B t
a r b
wL rb wL ra w rb w ra
W
L
A

Cu CL
Cα Ni 杠杆定律的证明
处理等条件不同,其合金相将以不同的类型、形态、数 量、大小及分布相组合,构成不同的合金组织状态。
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第一节 合金的相结构
珠光体:由α与Fe3C组 成的层片状机械混合物
奥氏体不锈钢的显微组织
合金性能
组织性质
组成相性质。
合金化在提高金属材料性能方面的贡献,主要取决于组 元间的相互作用,并通过所形成的合金相及其组成的各种不 同的组织状态来体现。
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想一想?
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第三节 匀晶相图
两组元液、固态都无限互溶的二元合金系形成的相图
固液相两区(L+α)
一、相图分析
线: 液相线、固相线 区:
液相线
液相区(L)
固相区(α)
液相(L)区、固相(α )区、
液固两相共存(L+α )区
固相线
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a2
α
Cu
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ni
形核和长大的过程 ● 两相区中两相成分分别沿两边界改变
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第三节 匀晶相图
匀晶转变动画
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第三节 匀晶相图
三、非平衡结晶及组织 ∵ V冷却↑,原子扩散速度小于结晶速度,合金成分不能完全均 匀化,固相成分偏离相图固相线,此时发生非平衡结晶,得到 非平衡组织。
短程有序分布
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第一节 相结构
2、固溶体的性能
固溶强化:
溶入溶质原子形成固溶体而使金属强度、硬度升高。
溶质原子%↑,σ b、 HB↑,ψ 、α k↓ 固溶强化效果:间隙固溶体>置换固溶体。 产生原因:1)晶格畸变,位错运动受阻 2)位错钉扎 三种强化:细晶强化、形变强化、固溶强化
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相图分析工具
相律的实际应用: 1、确定系统最多有几相共存: f=0, pmax=c+1 纯 金 属:pmax=2 ; 二元合金:pmax=3
2、说明纯金属与合金结晶时的某些差别 纯金属结晶时,f=1-2+1= 0,恒温进行 二元合金结晶时,f=2-2+1=1(温度),在一定温度范围 进行。
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第一节 合金的相结构
晶体结构、原子结构不同、 组元相互作用不同——不同相结构
置换固溶体
固溶体 间隙固溶体 基本相结构 金属化合物
正常价化合物
电子化合物
间隙化合物
间隙化合物 复杂结构间隙化合物
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第一节 相结构
一、固溶体 —— 组元间相互溶解,溶质原子溶入固态溶剂。
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第四节 共晶相图
两组元液态无限互溶,固态有限溶解,并发生共晶转变的相图
一、相图分析
点: E--共晶点 线:液相线AEB 固相线AMENB
L+α双相区
L单相区
L+β双相区
溶解度曲线MF、NG α 共晶线MEN 单 相 区:三个单相区 区 (L、α 、β ) 三个双相区 (L+α 、α +β 、L+β )
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第四节 共晶相图
4、过共晶合金(WSn61.9% ) 室温组织:β +α
Ⅱ+(α
+β )
室温相组成: α +β
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第四节 共晶相图
相组成物与组织组成物标注相图 相 组 成 物:组成显微组织的基本相
L+α双相区 L+β双相区
组元之间相互反应——金属化合物:渗碳体(Fe3C)
间隙固溶体与间隙相的区别:
后者为化合物,具有与组元完全不同的晶体结构,
而前者保持溶剂组元的晶格类型。
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第二节 相图的建立
相图:合金系中, 相组成-合金成分-温度之间关系的图解。
? ? ?
镍(Ni)和铁(Fe)都是强磁体,是永久磁铁。 但是为什么将少量的Ni 添加在铜(Cu)合金中则显 示一般磁性,而添加少量Fe的铜合金则显示强磁性?
L
ε
L
γ
δ γδ α
温度 /K
ε
Cu
Ni
Cu
Fe
ε
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第二节 相图的建立
一、相图的表示方法
表象点
ε
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第二节
相图的建立
二、热分析法测定相图 1、配制合金; 2、测出结晶开始和终了温度——相变;点;
3、标出临界点;分别连接凝固开始点和终了点; 4、标出相区
第三节
二、平衡结晶过程 1、t>t1:L 2、t=t1:L→ α
匀晶相图
L
1350
1300 1250
L1 L2 L3 t3
t1
α
a1
3、t3<பைடு நூலகம்<t1:L、α 共存
4、t=t3:结晶完毕 5、t<t3:α 固溶体 室温组织:α 室温相组成:α

t2
a3
L
1200 1150 1100 1050 1000 950
Cu%=4% 的Al-Cu 铸造合金 中的离异 共晶组织
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第五节 包晶相图
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