第3章-二元合金相图及应用
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物理冶金原理 3-二元合金相图与凝固
L
L+a TE a
A a+b
E L+b Bb
完全离异形核、离异生长的共晶组织
－球墨铸铁组织：Ductile Cast Iron
Binary Peritectic Phase Diagrams and Solidification of
Binary Peritectic Alloys
二元包晶合金相图及二元 包晶合金的凝固
NiTi2
二元系中的三相平衡
F = 2 –3 + 1 = 0
共晶转变 L a + b 共析转变 a b + g 包晶转变 L + a b 包析转变 a + b g
共晶转变 L a + b 共析转变 a b + g 包晶转变 L + a b
包析转变 a + b g
L36 + (Cr5Si3)27 Cr(3SCi rSi)35
1)、液固界面处两相局域平衡：
Local equilibrium at S/L interface Cs/CL=k
2)、液相线及固相线均为直线：k=constant 3)、液-固界面保持平面：Planar S/L interface
固相无扩散、液相完全混合
No Diffusion in Solid and Complete Mixing in Liquid
Segregation-Induced Interdendritic Eutectics
Primary Dendrite
Solidification Segregation
凝固偏析的分类：
晶内偏析（枝晶偏析） 晶界偏析 宏观偏析 微观偏析
减轻或消除凝固偏析的方法：
第三章二元合金相图及应用
F
第三节
二元共晶相图
注意：在共晶线ECF上属于三相平衡区
该合金系有两类合金： 固溶体合金 共晶型合金
E点以左，F点以右的合金属于固溶体型合 金；EF 之间的合金为共晶型合金，其中， C点以左为亚共晶合金，C点以右为过共晶 合金，C点合金为共晶合金。
二、典型合金的结晶过程分析
第三节
二元共晶相图
共晶相图：共晶、亚共晶、 过共晶、固溶体合金
Cu-Ni合金枝晶偏析示意图
第二节
二元匀晶相图
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
第三节
二元共晶相图
当合金的二组元在液态时无限互溶， 在固态时有限互溶，且发生共晶反应， 此合金系的相图为二元共晶相图。 属于此类相图的合金系有： Pb-Sn, Al-Si, Al-Sn, Zn- Sn等。
1、配制不同成分的合金（选 择合金系中有代表性的成分） 2、分别测出美中合金的冷却 曲线，得到相变临界点 3、将临界点对应地绘在成分-
温度图上.
4、将同类临界点连接起来， 即可绘出该合金系的相图。
注意：利用热分析法测定相图时，冷却速度应 非常缓慢（平衡结晶）
第二节 一、相图分析
二元匀晶相图
当两组元在液相和固相均无限互溶时， 构成的合金系相图为二元匀晶相图。 属于此类的合金系有：Cu-Ni, Cu-Au, Au-Ag, Fe-Ni, W-Mo, Bi- Sb 等。
第二节
二元匀晶相图
三、固溶体合金中的偏析
合金相图中，合金的凝 固过程是在无限缓慢的冷 却条件下进行的，但实际 上合金不可能无限缓慢冷 却，一般冷却速度较快， 由于原子来不及充分扩散， 会出现先结晶出来的合金 含Ni量高的现象，对于一 个晶粒，心部含Ni量高， 表层含Ni量低。
第三章 合金的相结构和结晶
3.2 合金的相结构
固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化 合物两大类。
3.2.1固溶体
合金的组元之间以不同比例相互混合后形 成的固相，其晶体结构与组成合金的某一组元 的相同，这种相称为固溶体。与固溶体结构相 同的组元为溶剂，另一组元为溶质。碳钢和合 金钢，均以固溶体为基体相。
一、固溶体的分类
1、按溶质原子在溶剂晶格中所占位置分类 置换固溶体和间隙固溶体
相图是表示在平衡条件下合金系中合金的状态与温 度、成分间关系的图解，也称为平衡图或状态图。 平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各 相的成分和质量分数不再变化所达到的一种状态。
一、二元相图的表示方法
合金存在的状态通常 由合金的成分、温度 和压力三个因素确定。 常压 表象点
二、二元合金相图的测定方法
第三章 二元合金的相结构与结晶
合金：指两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔 炼或烧结，或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质。 纯金属和合金的比较： 纯金属强度一般较低，不适合做结构材料 因此目前应用的金属材料绝大多数是合金，如应用最广泛的 碳钢和铸铁就是铁和碳的合金，黄铜就是铜和锌的合金。 合金性能优良的原因： 合金的相结构 合金的组织状态：合金相图
2、固溶体合金的结晶需要一定的温 度范围
固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围内进行， 在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数 量的固相。随着温度的降低，固相的数量增加，同 时固相和液相的成分分别沿着固相线和液相线而连 续地改变，直至固相的成分与原合金的成分相同时， 才结晶完毕。这就意味着，固溶体合金在结晶时， 始终进行着溶质和溶剂原子的扩散过程，其中不但 包括液相和固相内部原子的扩散，而且包括固相与 液相通过界面进行原子的互扩散，这就需要足够长 的时间，才得以保证平衡结晶过程的进行。
二元合金相图及其应用
固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+ ）。
以Cu-Ni合金
为例迚行分析。
Cu-Ni合金相图
二元匀晶相图
⑴ 合金的结晶过程
除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ
合金为例说明。
当液态金属自高温 冷却到 t1温度时，
L
开始结晶出成分为
二元合金相图的建立
相图的基本知识 相图：
表示合金系中合金的状态与温度、成 分之间关系的图解。我们经常见到的相图 是平衡相图。
二元合金相图的建立
Gibbs相律： 表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元 数和相数之间的关系。 f=c-p+2 其中系统的自由度数是指在保持合金系的相 的数目不变的情况下，合金系中可以独立改变的、 影响合金状态的内部及外部因素的数目。 当系统的压力为常数时， f=c-p+1
距离越大
给定成分合金的液相线 与固相线的垂直距离 力学性能
偏析相对越严重
可使原子充 分扩散，使 成分均匀
对合金性 能的影响
耐腐蚀性能 加工性能
解决方法
将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间 保温来消除枝晶偏析，称为扩散退火
二元匀晶相图
消除枝晶偏析的办法
生产上常将铸件加热到 固相线以下100-200℃长时 间保温，以使原子充分扩散、 成分均匀，消除枝晶偏析， 这种热处理工艺称作扩散退 火。
A
B
称作共晶转变或共晶反应。
二元共晶相图
共晶反应的产物，即 两相的机械混合物称共晶 体或共晶组织。发生共晶 反应的温度称共晶温度。 代表共晶温度和共晶成分
的点称共晶点。
Pb原子 扩散 Sn原子 扩散
二元合金相图及其应用
作枝晶偏析。 • 不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。 • 冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。 • 枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。 • 生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温，
以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处
理工艺称作扩散退火。
Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
➢ 随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线变化， Ⅱ
的重量增加。
➢ 室温下α、Ⅱ的相对重量百分比为：
w
4G FG
➢
由于二次相析出温度较低，一般十分细小。w
F4 FG
Ⅰ合金室温组织为
➢ + Ⅱ 。
A C
F
B ➢ 成分大于 D点合金结晶过程
E
D
与Ⅰ合金相似，室温组织为
+ Ⅱ。
G
② 共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程 ➢ 液态合金冷却到E 点时同时被Pb和Sn饱和, 发生共晶反
二元合金相图及其应用
第三章 二元合金相图及其应用
3.1 合金的相结构 纯金属的局限 合金 3.1.1 基本概念 ➢ 合金：两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经
一定方法合成的具有金属特性的物质。
➢ 组元：组成合金最基本、能够独立存在的物质。可以是元 素，也可以是稳定化合物。（如二元、三元合金〕
• 相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线 叫固相线。
3.2.2 二元匀晶相图 • 两组元在液态和固态下均
无限互溶时所构成的相图
称二元匀晶相图， • 结晶时只结晶出单相固溶
体组织， • 以Cu-Ni合金为例进行分析。
（1）相图分析
• 相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固 相线。
以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处
理工艺称作扩散退火。
Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
➢ 随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线变化， Ⅱ
的重量增加。
➢ 室温下α、Ⅱ的相对重量百分比为：
w
4G FG
➢
由于二次相析出温度较低，一般十分细小。w
F4 FG
Ⅰ合金室温组织为
➢ + Ⅱ 。
A C
F
B ➢ 成分大于 D点合金结晶过程
E
D
与Ⅰ合金相似，室温组织为
+ Ⅱ。
G
② 共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程 ➢ 液态合金冷却到E 点时同时被Pb和Sn饱和, 发生共晶反
二元合金相图及其应用
第三章 二元合金相图及其应用
3.1 合金的相结构 纯金属的局限 合金 3.1.1 基本概念 ➢ 合金：两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经
一定方法合成的具有金属特性的物质。
➢ 组元：组成合金最基本、能够独立存在的物质。可以是元 素，也可以是稳定化合物。（如二元、三元合金〕
• 相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线 叫固相线。
3.2.2 二元匀晶相图 • 两组元在液态和固态下均
无限互溶时所构成的相图
称二元匀晶相图， • 结晶时只结晶出单相固溶
体组织， • 以Cu-Ni合金为例进行分析。
（1）相图分析
• 相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固 相线。
第3章__二元合金相图
1、相图相区分析 T,C 1500 1400 1300 1200 1100 1000 1083 Cu 固相区 20 40 60 Ni% 80 L 液相区
液相线 纯镍 熔点
1455
L+
纯铜 熔点
Ni 100
固相线
固液两相区
2、合金的结晶过程
L L
平衡结晶
形核和晶粒的长大
能量起伏 结构起伏 成分起伏
图3-17 匀晶相图合金的结晶过程
3、杠杆定律及其应用
设合金成分为ω，合金的总质量 为m，在T温度时，固相成分ωα， 液相成分ωL，对应的质量 m α ， mL mL m m
mLL m m
mL bc m L ab
mL bc m ab m ac m ac m ab
T,C
T,C 1 L L+(+)+
183
L+
M
L
E
L+
N
2L+
+
Pb X3
(+ )+ (+ )+ + Ⅱ Sn
t
标注了组织组成物的相图
M
E
N
三、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。
二、共晶相图
液相线
固相线
T,C
Pb
L+
L
L+
Sn
固溶线
+
Sn%
固溶线
铅-锡合金共晶相图
液相线 纯镍 熔点
1455
L+
纯铜 熔点
Ni 100
固相线
固液两相区
2、合金的结晶过程
L L
平衡结晶
形核和晶粒的长大
能量起伏 结构起伏 成分起伏
图3-17 匀晶相图合金的结晶过程
3、杠杆定律及其应用
设合金成分为ω，合金的总质量 为m，在T温度时，固相成分ωα， 液相成分ωL，对应的质量 m α ， mL mL m m
mLL m m
mL bc m L ab
mL bc m ab m ac m ac m ab
T,C
T,C 1 L L+(+)+
183
L+
M
L
E
L+
N
2L+
+
Pb X3
(+ )+ (+ )+ + Ⅱ Sn
t
标注了组织组成物的相图
M
E
N
三、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。
二、共晶相图
液相线
固相线
T,C
Pb
L+
L
L+
Sn
固溶线
+
Sn%
固溶线
铅-锡合金共晶相图
第三章二元相图和合金的凝固
固溶体的平衡结晶过程： 固相成核
相内浓度梯度 相内扩散
界面浓度不平衡 晶体长大
重新建立平衡 固溶体的平衡结晶过程 原子的扩散过程 液相和固相均匀一致 原子的扩散进行完全 缓慢冷却 冷却速度大 相内成分不均匀 偏离平衡结晶条件（不平衡
结晶）
17
三、固溶体合金的不平衡结晶
条件：液相完全均匀化，而固相内却来不及进行扩散。
C1平衡重新建立→浓度梯度→原子
扩散→进一步长大
C1
→重复进行
溶 质
LC1
浓
k0C1
度
k 0C1
L
（a）
温
度
L
k0C1 T1
C1
k0C2 T2
C2
L+
C0
C0
溶
C0’
质
浓
k0C1
度
பைடு நூலகம்
L
C1
溶 C0’ 质
浓
k0C1
度
L
C1 溶
质
浓 度
k0C1
L
（b）
（c）
（d） 15
温度T2的结晶过程: LC 2 k 0C 2
§3.1 二元相图的建立
一、相图的表示方法 对二元合金来说，通常用横 坐标表示成分，纵坐标表示 温度。 坐标平面上的任一点称为表 象点，表示合金的成分和温度
1
二、相图的建立
通过实验测定：
先配制一系列成分不同的合金，然后测定这些合金的相变临 界点，最后把这些点标在温度—成分坐标图上，把各相同 意义的点连结成线，这些线就在坐标图上划分出一些区域， 即相区，将各相区所存在的相的名称标出，相图的建立工 作即告完成。
25
形成成分过冷临界条件：G mC 0 1 k0
第三章 二元合金的相结构与结晶(包晶相图)4(16)-10-2剖析
α
包晶偏析：因包晶转变 不能充分进行而导致的 成分不均匀现象。
四、包晶转变的实际应用
包晶转变特点：
包晶转变的形成相依附在初生相上形成； 包晶转变的不完全性。（不彻底性）
组织设计：如轴承合金需要的软基体上分布硬质点的组织。 首先形成硬质点，包晶反应形成软固溶体包于其外层
晶粒细化。 包晶反应生成细小化合物，异质形核。
包晶反应的推广
包晶反应（Peritectic） L + 包析反应（Peritectoid） + 合晶反应（Syntectic） L1 + L2
第三章 二元合金的相结构与结晶
§3-1 合金中的相 §3-2 合金的相结构 §3-3 二元合金相图的建立 §3-4 匀晶相图及固溶体的结晶 §3-5 共晶相图及其合金的结晶 §3-6 包晶相图及其合金的结晶 §3-7 其它类型的合金相图 §3-8 二元相图的分析及使用
§3-6 包晶相图及其合金的结晶
室温组织组成：β+αⅡ
室温相组成： α+β
三、不平衡结晶及其组织
原因 新生β相依附于α相生核长大， β相将α相包围
液体和α相反应形成β相，须 通过β相层进行扩散
原子在固体中的扩散低于液体， 包晶转变缓慢
冷却速度快．包晶转变被抑制 不能完全进行
剩余的液体在低于包晶转变温 度直接转变为β
保留下来的α，以及形成的β 相成分都不均匀。
(2) 线：
液相线： ACB，固相线:APDB。 固溶线：PE、DF线分别为中的固溶线（溶解度曲线）。
包晶线：水平线PDC
一、相图分析
(3)相区：
三个单相区： L、、； 三个两相区：L+、L+、+； 一个三相区：即水平线PDC； L + + 。
第3章合金相图和合金的凝固
rb wL 100% ab
w
ar 100% ab
动画3-3 杠杆定律证明
3.3 匀晶相图及固溶体的结晶 匀晶相图：两组元在液态无限互溶、固态也无限互溶的二元合 金相图。 匀晶转变:从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。
主要二元合金系：Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mo、Cd-Mg、Fe-Ni、 Mo-W等。
2）温度t3 温度到t3时，最后一滴液体结晶成固体，固溶体的成分完全与合 金成分一致，成为均匀（C0）的单相固溶体组织时。
固溶体结晶过程概述：
固溶体晶核的形成(或原晶体的长大)，产生相内(液相或固相)的 浓度梯度，从而引起相内的扩散过程，这就破坏了相界面处的 平衡(造成不平衡)，因此，晶体必须长大，才能使相界面处重新
不是3，与合金的成分C0不同， 因此，仍有一部分液体尚未结 晶，一直要到t4温度才能结晶 完毕。
晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象
影响晶内偏析的因素： 1）分配系数k0 当k01时，k0值越小，则偏析越大； 当k01时，k0越大，偏析也越大。 2）溶质原子的扩散能力 结晶的温度较高，溶质原子扩散能力又大，则偏析程度较小；反之，则 偏析程度较大。 3）冷却速度 冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。 削除晶内偏析的方法： 扩散退火或均勺化退火
两相。
对二元系来说，组元数c＝2，当f＝0时，P=2－0＋1＝3，说明 二元系中同时共存的平衡相数最多为3个。
(2)利用相律可以解释纯金属与二元合金结晶时的一些差别。 纯金属结晶时存在液、固两相，其自由度为零，说明纯金属 在结晶时只能在恒温下进行。 二元合金结晶时，在两相平衡条件下，其自由度f＝2－2＋1， 说明此时还有一个可变因素(温度)，因此，二元合金将在一定
合金的结构与相图(材料第三章)
组成合金的元素可以全部是 黄铜 金属，也可是金属与非金属。
组成合金的元素相互作用可 形成不同的相。
Al-Cu两相合金
2
相:是指金属或合金中凡成
单相
合金
分相同、结构相同，并与其
它部分有界面分开的均匀组
成部分。
显微组织:是指在显微镜下 观察到的金属中各相或各晶 粒的形态、数量、大小和分 布的组合。
界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 4. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。
相图中,结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线叫固相16 线。
第三节 匀晶相图
两组元在液态和固 态下均无限互溶时 所构成的相图称二 元匀晶相图。
以Cu-Ni合金为例 进行分析。
Cu-Ni合金相图
17
一、相图分析
相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固 相线。
相图被两条线分为三个 相区，液相线以上为液 相区L ，固相线以下为 固溶体区，两条线之间 为两相共存的两相区 （L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线
Cu
成分（wt%Ni）
Ni
18
二、合金的结晶过程
除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ合
图解。又称状态图或平衡图。 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的规律，
是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。
13
1、组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存
在的物质。
2、合金系是指由两个或两个以 上元素按不同比例配制的一系
列不同成分的合金。多数情况 下组元是指组成合金的元素。 但对于既不发生分解、又不发 生任何反应的化合物也可看作 组元,
组成合金的元素相互作用可 形成不同的相。
Al-Cu两相合金
2
相:是指金属或合金中凡成
单相
合金
分相同、结构相同，并与其
它部分有界面分开的均匀组
成部分。
显微组织:是指在显微镜下 观察到的金属中各相或各晶 粒的形态、数量、大小和分 布的组合。
界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 4. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。
相图中,结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线叫固相16 线。
第三节 匀晶相图
两组元在液态和固 态下均无限互溶时 所构成的相图称二 元匀晶相图。
以Cu-Ni合金为例 进行分析。
Cu-Ni合金相图
17
一、相图分析
相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固 相线。
相图被两条线分为三个 相区，液相线以上为液 相区L ，固相线以下为 固溶体区，两条线之间 为两相共存的两相区 （L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线
Cu
成分（wt%Ni）
Ni
18
二、合金的结晶过程
除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ合
图解。又称状态图或平衡图。 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的规律，
是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。
13
1、组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存
在的物质。
2、合金系是指由两个或两个以 上元素按不同比例配制的一系
列不同成分的合金。多数情况 下组元是指组成合金的元素。 但对于既不发生分解、又不发 生任何反应的化合物也可看作 组元,
第三章 金属的结晶与二元合金相图
液相区L 双相区L+α 固相区α 液相线 固相线
固相区
匀 晶 相 图 合 金 的 结 晶 过 程 (P33)
☆在不同温度下刚刚结晶出来的固相的化学成分是 不相同的,其变化规律是沿着固相线变化.与此同 时剩余液相的化学成分也相应地沿着液相线变化.
2,晶内偏析——枝晶偏析 (P33)
晶内偏析: 晶内偏析: 在一个晶粒内,各处 成分的不均匀现象. 因为金属通常以枝晶 方式结晶,先形成的 主干和后形成的支干 就会有化学成分之差, 枝晶偏析. 所以也称枝晶偏析 枝晶偏析
第一节 金属结晶的基础知识
一,金属结晶的温度与过冷现象(P26) 金属结晶的温度与过冷现象 3,过冷度(△T):理论结晶温度与实际结 过冷度( 晶温度之差.对于纯金属: △T= T0- Tn 4,金属的结晶都 是在一定的过冷 度下进行的,这 种现象称过冷现 过冷现 象.
第一节 金属结晶的基础知识
(二)共晶相图 1,相图分析 (P35)
7)α固溶体溶解度变化曲线——cf 8) β固溶体溶解度变化曲线——eg 9)三个单相区:L,α,β
10)液相线——adb 11)固相线——acdeb 12)共晶线——cde
(二)共晶相图 1,相图分析 (P35)
13)三个两相区:L+α,L+β,α+β 14)一个三相区:L+α+β,在共晶转变过程中三相同时存在.
第一节 金属结晶的基础知识
一,金属结晶的温度与过冷现象(P26) 金属结晶的温度与过冷现象 1,理论结晶温度 0: 又称平衡结晶温度. 理论结晶温度T 理论结晶温度 (冷速极慢)也就是金属的熔点Tm. 2,实际结晶温度 n:在某一实际冷却速度下 实际结晶温度T 实际结晶温度 的结晶温度.
二元合金与相图课件PPT
2021/3/10
4
1. 固溶体的分类
（1）按溶质原子在溶剂晶格中的位置分固溶体可分为置换 固溶体与间隙固溶体两种。
置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子
形成置换固溶体时，溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取 决于两者的晶格类型、原子直径及它们在周期表中的位置。
2021/3/10
5
间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。
电子化合物主要以金属键结合, 具有明显的金属特性, 可 以导电。它们的熔点和硬度较高，塑性较差，在许多有色金属 中为重要的强化相。
2021/3/10
11
3. 间隙化合物 由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原 子半径较小的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。尺寸较 大的过渡族元素原子占据晶格的结点位置，尺寸较小的非金属 原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。根据结构特点，间隙化 合物分间隙相和复杂结构的间隙化合物两种。
提高的现象称为固溶强化。
固溶体引起的晶格畸变
2021/3/10
8
固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当
时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降
低。例如：纯铜的σb为220 MPa, 硬度为40 HB, 断面收缩率 ψ为70%。当加入1%的镍形成单相固溶体后, 强度升高到390
第三章 二元合金相图 概述
纯金属具有良好的导电导热性，但机械性能差，而且提炼 困难，价格昂贵，故工业上广泛应用的是合金材料。
合金 一种金属元素同另一种或几种其它元素, 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。
例如:钢（铁和碳的合金） 黄铜（铜和锌的合金） 组元 组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。组元可以 是金属、非金属元素或稳定化合物。
第三章二元合金相图和二元合金的结晶
第三章⼆元合⾦相图和⼆元合⾦的结晶第三章⼆元合⾦相图和⼆元合⾦的结晶§1 概述⼀、合⾦系由⼀定数量的组元配制成的不同成分的⼀系列合⾦组成的系统，称合⾦系。
两个组元的称⼆元合⾦系，三个组元的称三元合⾦系。
例如,Cu-Ni是⼆元合⾦系，⽽Pt-Pd-Rh是三元合⾦系。
⼆、什么是合⾦相图合⾦相图是表⽰平衡状态下合⾦系的合⾦状态和温度、成分之间关系的图解。
该定义中，“平衡状态”是指⼀定条件下，合⾦⾃由能最低的稳定状态；⽽“合⾦状态”是指合⾦由哪些相组成，各相的成分及其相对含量是多少。
三、合⾦相图的作⽤利⽤合⾦相图可以了解各种成分的合⾦，在⼀定温度的平衡条件下，存在哪些相、各相的成分及其相对含量。
但它不能指出相的形状、⼤⼩和分布状况，即不能指出合⾦的组织状况。
尽管如此，如果能把相图和相变机理、相变动⼒学结合起来，那么相图便可成为分析组织形成和变化的有利⼯具，成为⾦属材料⽣产、科研的重要参考资料，因此，相图是⾦属学的重要内容之⼀。
§2⼆元合⾦相图的建⽴⼀. ⼆元合⾦相图的表⽰⽅法1.⽤平⾯坐标系表⽰⼆元合⾦系物质的状态通常由成分、温度和压⼒三个因素确定。
由于合⾦的熔炼、结晶都是在常压下进⾏的，所以，合⾦的状态可由成分和温度两个因素确定。
对于⼆元合⾦系来说，⼀个组元的浓度⼀旦确定，另⼀个组元的浓度也随之⽽定，因此成分变量只有⼀个，另⼀个变量是温度，所以⽤平⾯坐标系就可以表⽰⼆元合⾦系。
通常⽤纵坐标代表温度，横坐标代表成分。
成分多⽤重量百分⽐来表⽰。
（如图3.1所⽰），横坐标的两个端点A、B代表组成合⾦的两个组元。
2.⼆元合⾦相图中的表象点和表象线在⼆元合⾦相图中，平⾯上任意⼀点称为表象点。
其坐标值表⽰合⾦的成分和温度。
例如图中的E点表⽰合⾦由40%的B组元和60%的A组元组成，合⾦的温度为500℃。
在⼆元相图上，过合⾦成分点的垂线，称合⾦的表象线。
⼆. ⼆元合⾦相图的测定⽅法建⽴相图的⽅法有两种：实验测定和理论计算。
第三章 二元合金相图汇总
TL
TA
mCo1
1 K0 K0
exp
RX D
（2） （3）
而界面温度： Ti (TL ) x0 TA mCo / K0 （4）
若自液-固界面开始的温度梯度为G，则距界面X处液体实 际温度为
T=Ti+Gx
（5）
将（4）式代入（5）式：T=TA-mCo/K0+Gx （6）
当液体实际温度T<TL （7），产生成分过冷，成分过 冷是由于界面前沿液相中成分差别与实际温度分布两 个因素共同决定的。
在稳态凝固过程中，固溶体溶质分布方程为：
CS
K eC0
1
X L
Ke 1
其中Ke为有效分配系数，
Ke
(CS )i (CL ) B
K0
K0 (1 K 0 )e R / D
常数
式中 R：凝固速度 δ：边界层厚度 D：扩散系数
19
Ke
(CS )i (CL ) B
K0
K0 (1 K 0 )e R / D
1 4
5
10
1．晶内偏析（枝晶偏析） ·定义：晶粒内部出现的成份不均匀现象。 ·通过扩散退火或均匀化退火，使异类原子互相
充分扩散均匀，可消除晶内偏析。
11
晶内偏析（枝晶偏析）
2．影响晶内偏析的因素 a、·冷却速度 b、 元素的扩散能力 c、 相图上液相线与固相 d、线之间的水平距离
12
四、固溶体合金凝固过程中的溶质分布
1．成分过冷
①成分过冷的产生 设一个K0<1的合金Co在 圆棒形锭模中自左向右 作定向凝固，假定溶质 仅依靠扩散而混合
C
Co1
1 K0 K0
exp
第三章二元合金相图和合金的凝固
第三章⼆元合⾦相图和合⾦的凝固第三章⼆元合⾦相图和合⾦的凝固⼀．名词解释相图、相律、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、异晶转变、平衡结晶、不平衡结晶、异分结晶、平衡分配系数、晶内偏析、显微偏析、区域偏析、区域提纯、成份过冷、胞状组织、共晶组织、亚共晶组织、过共晶组织、伪共晶、离异共晶、⼆．填空题1.相图可⽤于表征合⾦体系中合⾦状态与和之间的关系。
2.最基本的⼆元合⾦相图有、、。
3.根据相律，对于给定的⾦属或合⾦体系，可独⽴改变的影响合⾦状态的内部因素和外部因素的数⽬，称为，对于纯⾦属该数值最多为，⽽对于⼆元合⾦该数值最多为。
4.典型的⼆元合⾦匀晶相图，如Cu-Ni⼆元合⾦相图，包含、两条相线，、、三个相区。
5.同纯⾦属结晶过程类似，固溶体合⾦的结晶包括和两个基本过程。
6.勻晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为________ 。
7.共晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为___________ _。
8.共析反应的特征为_____________，其反应式可描述为_____________。
9.⾦属或合⾦在极缓慢冷却条件下进⾏的结晶过程称为。
纯⾦属结晶时所结晶出的固相成分与液相成分，称为；⽽固溶体合⾦结晶时所结晶出的固相成分与液相成分，称为。
10.固溶体合⾦经不平衡结晶所产⽣的两类成分偏析为、。
11.固溶体合⾦产⽣晶内偏析的程度受到溶质原⼦扩散能⼒的影响，若结晶温度较⾼，溶质原⼦的扩散能⼒⼩，则偏析程度。
如磷在钢中的扩散能⼒较硅⼩，所以磷在钢中的晶内偏析程度较，⽽硅的偏析较。
12.固溶体合⾦结晶后出现枝晶偏析时，结晶树枝主轴含有较多的________组元。
严重的晶内偏析降低合⾦的，为消除枝晶偏析，⼯业⽣产中⼴泛采⽤的⽅法。
13.根据区域偏析原理，⼈们开发了，除⼴泛⽤于提纯⾦属、⾦属化合物外，还应⽤于半导体材料及有机物的提纯。
通常，熔化区的长度，液体的成分，提纯效果越好。
第三章合金相的晶体结构
相成分判定方法
单相区: 实际座标点
两相区: 液(固)相成
分在温度水平线 与液(固)相线的 交点处
液(固)相线的意义
(1) 表征了各成 分合金的结晶 起始(终止)温度
(2) 表征了各温 度下液固两相达 到平衡时液(固) 相的成分
4 相律
相律表示在平衡条件下，系统的自由度数、 组元数和相数之间的关系
二 合金的相结构
（一）固溶体
1、固溶体的分类
置换固溶体
** 按溶质原子在晶格中所占的位置分类
（1）置换固溶体— 溶质原子占据溶剂晶格结 点所形成的固溶体——又称代位固溶体
90％ Cu-10％Ni合金
（2）间隙固溶体
—— 溶质原子填入溶剂晶格的 空隙位置所形成的固溶体
间隙固溶体
例： C 固溶于α－Fe中形成间隙固溶体 ┗ 铁素体
4 固溶体的性能
(1) 固溶体强硬度高于组成它的纯金属， 塑韧性低于组成它的纯金属 （2）物理性能方面，随着溶质原子量↑， 固溶体的电阻率↑，电阻温度系数↓，导热性 ↓
什么是固溶强化？
——固溶体中随着溶质原子的加入，强度、 硬度升高，塑性、韧性降低的现象 ——金属材料的主要强化手段或途径之一 例如：采用廉价的16Mn (1.2%~1.6%Mn)，抗 拉强度较相同碳含量的普通碳素钢提高60％
金属 化合物
正常价化合物
电子化合物 间隙化合物
间隙相
间隙式金属 化合物
§ 2 二元合金相图的建立
给定的合金系究竟以什么状态(相)存在，包 含哪些相，这由内、外因条件决定，外因是温度 和压力，内因则是化学成分 ——用相图来表示它们之间的关系
几个概念： 相图: 表示合金系中的状态(相)与温度，成分
第三章(二元合金相图的建立)2
自由度是指在保持合金系中的相的数目不变的 条件下，合金系中可以独立改变的、影响合金 状态的内部及外部因素的数目。
利用相律可解决的问题：
①利用相律确定系统中存在的最多平衡相数：
例如单元系，c=1，同时共存的平衡相数不超过两个。 ②确定可变因素： •纯金属结晶，ｃ＝1、ｐ＝2、f=ｃ－ｐ＋1＝0， 纯金属结晶只能在恒温下进行； •二元合金结晶，在两相平衡时，f=2-2+1=1，说 明某一成分的二元合金的结晶过程是在一定温度 范围内进行。 •三相平衡时：ｆ＝2－3＋1＝0，所以温度固定， 三个相的成分也固定；
3、相律及杠杆定律： 3.1相律及其应用 相律是表示在平衡条件下，系统的自由度 数、组元数和相数之间的关系，是系统的平衡 条件的数学表达式。 相律可用下式表示：
f c p2
当系统的压力为常数时，则为：
式中：
c：系统的组元数； p：平衡条件下系 统中的相数； f：自由度数。
f c p 1
设：成分为C0的合金定向凝固且液体中只有扩散 无对流、搅拌；
①液相线和固相线均为直线（k0＜1），见图ａ）；
②图ｂ）为液态合金中的实际温度分布，是正的温度梯 度；
③固液界面的溶质分布如图ｃ）所示，并可知，在液相 中，随着距固液界面距离的增大，溶质浓度将降低； 由ａ）可知，随着溶质浓度的减少，液相线温度将升 高，故得到液相线温度与到界面距离的关系为图ｄ）；
• 匀晶转变：是指结晶都是从液相结晶出单相的 固溶体的结晶过程。
2.2固溶体合金的结晶特点： 2.2.1异分结晶：
定义：是指结晶出的晶体与母相化学成分不同 的结晶。固溶体的结晶属于异分结晶。 同分结晶：是指结晶出的晶体与母相的化学成 分完全相同的结晶。纯金属结晶属于同分结晶。
第三章 二元合金相图及应用
性能:
加工性能
机械性能
第六节 铁碳合金相图
钢中的渗碳体
铸铁中的石墨
第六节 铁碳合金相图Fra bibliotek灰铸铁(珠光体+片状石墨 )
球墨铸铁（铸态）珠光体+铁素体+球状石墨 400X
第六节 铁碳合金相图
可锻铸铁 400X （铁素体+团絮状石墨）
蠕墨铸铁 (铁素体+蠕虫状石墨)400X
第六节 铁碳合金相图
四、珠光体（P）
共析相图
A
E
( A+Fe3C ) Ld Ld+Fe3CⅠ A+Ld+Fe3CⅡ 727℃
P+Ld′ +Fe3CⅡ Ld′ Ld′ +Fe3CⅠ ( P+Fe3C )
K
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
第六节 铁碳合金相图
Fe-Fe3C相图分析
点：A、G、Q、D)； E、 P； C、 S 线：ACD、AECF； ECF、PSK； ES、PQ； AE、GS； 区：单相区 两相区 三相区
所谓稳定化合物是指具有一定的熔点， 在熔点温度以下能够保持自己固有结构而 不发生分解的化合物，如：Mg2Si
含稳定化合物的相图
第四节 其他相图
温度
L+Mg L+ Mg2Si 638.8℃ 1087℃
L
L+ Mg2Si L+Si 946.7℃
1414℃
Mg+ Mg2Si
Mg Mg2Si
Mg-Si 合金相图
Mg2Si+ Si Si
第五节 相图与性能的关系
二元合金相图及相变基础知识
3.3
第3章 二元合金相图及相变基础知识
相图的概念
二、 冷却曲线
在液态合金的冷却过程中，可以用热
分析法测定其温度随时间的变化规律，即 冷却曲线。纯金属的冷却曲线上有一个平 台[图3.2(a)、(f)]，说明结晶是在恒温下进 行的。这是因为纯金属在结晶过程中放出 大量的结晶潜热，补偿了向外散失的热量， 达到了热平衡。与纯金属相比，合金结晶 过程中放出的结晶潜热，一般情况下只能 抵消部分散失的热量，结晶是在一定的温 度范围内进行的[图3.2(b)、(c)、(e)]，在冷 却曲线上表现为两个临界点，一个是结晶 开始温度，另一个是结晶终了温度。
以图3.2Pb-Sn合金相图为例，ED线表示Sn在固溶体中的溶解度极限，又 称固溶线，随着温度的降低，Sn在固溶体中的溶解度不断地减少，过剩的Sn 则以固溶体的形式析出，为了区别直接从液相中结晶出的固溶体(称为初生 相)，这种从固溶体中析出的固溶体称为二次相或次生相(用Ⅱ表示)；同 理FG线表示Pb在固溶体中溶解度极 限，随着温度的降低，Pb在固溶体中
2. 两组元液态下完全互溶固态下部分互溶 多数合金尽管在液态下能无限互溶，固态下一个组元在另一组元中却存在
一定的溶解度，它们可以构成共晶相图或包晶相图。 如果当合金组元的含量超出固溶体的溶解度时，合金从液态冷却到某一温
度会同时结晶出两种不同的固相，形成机械混合物，即能发生共晶转变，这类 合金系的相图就称为共晶相图。具有共晶相图的合金系有Pb-Sn、Al-Cu、AlSi等。
LC αP
β 1186℃ D
D点是包晶点。包晶转变终了时，成分为D点的合金组织中原来的L、 相全部转变成相。但成分在PD之间的合金还有相过剩，DC之间的合金 则有L相剩余。
3. 两组元液态完全互溶固态互不溶解 有些合金组元在液态下能够完全互溶，但在固态下彼此互不溶解，这
第3章 二元合金相图及相变基础知识
相图的概念
二、 冷却曲线
在液态合金的冷却过程中，可以用热
分析法测定其温度随时间的变化规律，即 冷却曲线。纯金属的冷却曲线上有一个平 台[图3.2(a)、(f)]，说明结晶是在恒温下进 行的。这是因为纯金属在结晶过程中放出 大量的结晶潜热，补偿了向外散失的热量， 达到了热平衡。与纯金属相比，合金结晶 过程中放出的结晶潜热，一般情况下只能 抵消部分散失的热量，结晶是在一定的温 度范围内进行的[图3.2(b)、(c)、(e)]，在冷 却曲线上表现为两个临界点，一个是结晶 开始温度，另一个是结晶终了温度。
以图3.2Pb-Sn合金相图为例，ED线表示Sn在固溶体中的溶解度极限，又 称固溶线，随着温度的降低，Sn在固溶体中的溶解度不断地减少，过剩的Sn 则以固溶体的形式析出，为了区别直接从液相中结晶出的固溶体(称为初生 相)，这种从固溶体中析出的固溶体称为二次相或次生相(用Ⅱ表示)；同 理FG线表示Pb在固溶体中溶解度极 限，随着温度的降低，Pb在固溶体中
2. 两组元液态下完全互溶固态下部分互溶 多数合金尽管在液态下能无限互溶，固态下一个组元在另一组元中却存在
一定的溶解度，它们可以构成共晶相图或包晶相图。 如果当合金组元的含量超出固溶体的溶解度时，合金从液态冷却到某一温
度会同时结晶出两种不同的固相，形成机械混合物，即能发生共晶转变，这类 合金系的相图就称为共晶相图。具有共晶相图的合金系有Pb-Sn、Al-Cu、AlSi等。
LC αP
β 1186℃ D
D点是包晶点。包晶转变终了时，成分为D点的合金组织中原来的L、 相全部转变成相。但成分在PD之间的合金还有相过剩，DC之间的合金 则有L相剩余。
3. 两组元液态完全互溶固态互不溶解 有些合金组元在液态下能够完全互溶，但在固态下彼此互不溶解，这
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杠杆定律的证明和力学比喻
2011-8-31 2011-
工程材料
99-9
枝晶偏析
1）定义：由于冷却速度快，造成晶体中 定义：由于冷却速度快， 晶粒内化学成分不均匀的现象。 晶粒内化学成分不均匀的现象。 枝静偏析危害：影响合金力学性能、 2）枝静偏析危害：影响合金力学性能、耐蚀 性能和加工工艺性能 消除办法： 3）消除办法：再结晶退火
Pt-Ag合金相图 Pt-Ag合金相图
2011-8-31 2011-
工程材料
99-25
包晶相图
相图分析
Pt-Ag合金相图中存在三种相: 合金相图中存在三种相 合金相图中存在三种相 Pt与Ag形成的液溶体 相; 形成的液溶体L相 与 形成的液溶体 Ag溶于 中的有限固溶体 相; 溶于Pt中的有限固溶体 溶于 中的有限固溶体α相 Pt溶于 中的有限固溶体 相。 溶于Ag中的有限固溶体 溶于 中的有限固溶体β相 e点为包晶点 e点成分的合金冷却到 e点所对应的温度 点为包晶点, 点为包晶点 点成分的合金冷却到 点所对应的温度 (包晶温度 时发生包晶反应 e+αc βd 。 发生包晶反 包晶温度)时发生包晶反应 包晶温度 时发生包晶反应L α 应时三相共存, 它们的成分确定, 应时三相共存 它们的成分确定 反应在恒温下平衡地 进行。水平线ced 为包晶反应线。 为包晶反应线。 进行。水平线 cf为Ag在Pt 中的溶解度线 eg为Pt在Ag 中的溶解度 为 在 中的溶解度线, 为 在 线。
得到合金III在室温下的三种 得到合金III在室温下的三种 III 组织组成物的质量分数为 ：
2011-8-31 2011-
工程材料
99-19
合金Ⅳ 合金Ⅳ的结晶过程
2011-8-31 2011-
工程材料
99-20
组织和相的关系
2011-8-31 2011-
工程材料
99-21
共析相图
d点成分(共析成分)的合金从 点成分(共析成分) 相后, 液相经过匀晶反应生成 γ相后, 继续冷却到d 点温度(共析温度) 继续冷却到d 点温度(共析温度) 在此恒温下发生共析反应 共析反应: 时, 在此恒温下发生共析反应: γ → (α+β) 由一种固相转变成完全不同 的两种相互关联的固相, 的两种相互关联的固相, 此两 相混合物称为共析体 共析体。 相混合物称为共析体。 共析相图中各种成分合金的 结晶过程的分析与共晶相图相 似, 但因共析反应是在固态下 进行的, 所以共析产物比共晶 进行的, 所以共析产物比共晶 产物要细密得多。 产物要细密得多。
2011-8-31 2011-
工程材料
99-7
杠杆定律
温 度
杠杆定理 L QS + QL = 1 dQS + eQL = 1× c × QL=(dc／de) ×100% ／ QS=(ce／de) ×100% ／ S
Qs A QL
a
TL Tn TS
b d c e
B
工程材料
99-8
杠杆定律是计算合金平衡组织中的组成相或 杠杆定律是计算合金平衡组织中的组成相或组织组成 组成相 质量分数的重要工具 应当熟练掌握和运用。 的重要工具。 物的质量分数的重要工具。应当熟练掌握和运用。 杠杆定律只适用于相图中的两相区, 杠杆定律只适用于相图中的两相区 并且只能在平衡 状态下使用。杠杆的两个端点 两个端点为 状态下使用。杠杆的两个端点为给定温度时两相的成 分点, 支点为合金的成分点。 分点 而支点为合金的成分点。
99-13
合金II的结晶过程 合金II的结晶过程 II
2011-8-31 2011-
工程材料
99-14
由于析出的 二次β 二次α 由于析出的 二次β 和 二次α 都相应地同 β 和 相连在一起，共晶体的形态和成分不发生变化。 α相连在一起，共晶体的形态和成分不发生变化。 合金的室温组织全部为共晶体，即只含一种组织组 合金的室温组织全部为共晶体， 成物； 成物；其组成相仍为 α和 β 相。
第3章 二元合金相图及应用 章
相图的建立
相图：以温度为纵坐标，以成分为横坐标， 相图：以温度为纵坐标，以成分为横坐标，表明合 金系中的各种合金在不同温度下由哪些相构成， 金系中的各种合金在不同温度下由哪些相构成，以 及这些相之间平衡关系的图形。 及这些相之间平衡关系的图形。 二元相图的建立（以热分析法为例） 二元相图的建立（以热分析法为例） 配制不同的Cu-Ni合金 配制不同的Cu-Ni合金 测定合金的冷却曲线 找出合金的临界点 将各临界点标在以温度为纵坐标， 将各临界点标在以温度为纵坐标，以成分为横坐 热 分 析 法 标的图中，将同类临界点连接起来，得到Cu-Ni 标的图中，将同类临界点连接起来，得到 合金相图
2011-8-31 2011-
工程材料
99-26
相图与性能的关系
具有匀晶相图、 具有匀晶相图、共晶相图的合金的机械性能和物理性 能随成分而变化的一般规律见下图
2011-8-31 2011-
工程材料
99-27
固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关, 固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关, 溶质的 溶入量越多, 晶格畸变越大, 则合金的强度、 溶入量越多, 晶格畸变越大, 则合金的强度、硬 度越高, 电阻越大。当溶质原子含量大约为50% 度越高, 电阻越大。当溶质原子含量大约为50% 晶格畸变最大, 而上述性能达到极大值, 时, 晶格畸变最大, 而上述性能达到极大值, 所 以性能与成分的关系曲线具有透镜状。 以性能与成分的关系曲线具有透镜状。 两相组织合金的机械性能和物理性能与成分呈直 线关系变化。 线关系变化。 对组织较敏感的某些性能如强度等, 对组织较敏感的某些性能如强度等, 与组成相或 组织组成物的形态有很大关系。 组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组 成物越细密, 强度越高(见图中虚线) 成物越细密, 强度越高(见图中虚线)。当形成化 合物时， 合物时， 则在性能一成分曲线上于化合物成分 处出现极大值或极小值。 处出现极大值或极小值。
99-2
工程材料
温 度
温 度 度 温
时间
2011-8-31 2011-
A 90 70 50
工程材料
30
B
99-3
二元匀晶相图
两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的 两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的 液态 均能无限互溶 相图为二元匀晶相图。 相图为二元匀晶相图。 例：Cu-Ni、 Cu-Au、 Au-Ag、Fe-Cr等 、 、 、 等
2011-8-31 2011-
工程材料
99-11
相图分析： 相图分析：点、线、区
1 A L 温 度
L+α L+β
3
2
4 B β D
+β
1 ）点 2 ）线 3 ）区 4）特征反应式 L
G
α C
E
α+ β
F
Pb
2011-8-31 2011-
Sn%
工程材料
Sn
99-12
结晶过程分析
合金I结晶过程 合金 结晶过程
Cu-Ni合金枝晶偏析示意图 Cu-Ni合金枝晶偏析示意图
2011-8-31 2011-
工程材料
99-10
二元共晶相图
定义：两个组元在液态无限互溶， 定义：两个组元在液态无限互溶，但固态只 液态无限互溶 能有限互溶或不能互溶，并发生共晶反应的 能有限互溶或不能互溶，并发生共晶反应的 合金系所构成的相图为二元共晶相图。 合金系所构成的相图为二元共晶相图。 如：Pb-Sb、Pb-Sn、Cu-Ag等 Pb-Sb、Pb-Sn、Cu-Ag等
共晶合金组织的形态
2011-8-31 2011-
工程材料
99-15
合金Ⅲ 合金Ⅲ的结晶过程
合金Ⅲ是亚共晶合金 合金冷却到 点温度后, 合金Ⅲ是亚共晶合金, 合金冷却到1点温度后 由 固溶体, 固溶体。 匀晶反应生成 α固溶体 叫初生 α固溶体。 固溶体 固溶体 点到2点温度的冷却过程中，按照杠杆定律， 从1点到2点温度的冷却过程中，按照杠杆定律， ac线变化 线变化， 初生 α的成分沿 ac线变化，液相成分沿 ad 线 变化； 逐渐增多，液相逐渐减少。 变化；初生 α逐渐增多，液相逐渐减少。 刚冷却到2点温度时 合金由c 当刚冷却到2点温度时，合金由c点成分的初生 相和d 点成分的液相组成。然后液相进行共 α 相和d 点成分的液相组成。然后液相进行共 晶反应, 相不变化。经一定时间到 点 晶反应, 但初生 α相不变化。经一定时间到2‘点 共晶反应结束时， 共晶反应结束时，合金转变为 α+ (α+β) 从共晶温度继续往下冷却, 。从共晶温度继续往下冷却 初生 α中不断析出 中不断析出 βII , 成分由 c点降至 f点；共晶体形态、成分和 点降至 点 共晶体形态、 总量保持不变。 总量保持不变。
99-6
匀晶结晶特点
α固溶体从液相中结晶出来的过程中, 也包括有生核与长 固溶体从液相中结晶出来的过程中, 也包括有生核与长
大两个过程。 两个过程。 结晶在一个温度区间内进行, 即为一个变温结晶过程。 变温结晶过程 结晶在一个温度区间内进行 即为一个变温结晶过程。 在两相区内, 温度一定时, 两相的成分(即 含量 是确定的。 含量)是确定的 在两相区内 温度一定时 两相的成分 即Ni含量 是确定的。 确定相成分的方法：过指定温度T1作水平线 作水平线, 确定相成分的方法：过指定温度 作水平线 分别交液相线 和固相线于 a1点 c1点, 则 a1点 c1点在成分轴上的投影点 点 点 点 点在成分轴上的投影点 即相应为 L相和 α 相的成分。随着温度的下降 液相成分 相和 相的成分。随着温度的下降, 沿液相线变化, 固相成分沿固相线变化。 沿液相线变化 固相成分沿固相线变化。 两相区内, 温度一定时, 两相的重量比是一定的。（ 。（应用 两相区内, 温度一定时, 两相的重量比是一定的。（应用 杠杆定律计算） 杠杆定律计算） 固溶体结晶时成分是变化的,如果冷却较快 如果冷却较快,造成枝晶偏析 固溶体结晶时成分是变化的 如果冷却较快 造成枝晶偏析