铝基二元相图
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Zn_Al系二元相图的研究
特种铸造及有色合金 , 1998 (2) : 7～9 5 Gervais E, Levert H. The Development of a Fam ily of Zinc2base Foundry
A lloys. AFS Transactions, 1980 ( 3) : 47～52 6 Ayik O . Solidification and Foundry Studies of Zn /A l A lloys . J Crystal
相转变温度 / ℃
93. 9 184. 6 333. 3 340. 7 345. 7 349. 9 357. 7 354. 7 358. 2
3 结 论
图 4是根据高温 X 射线粉末衍射分析法 ( XRD ) , 示差扫描量热分析法 (DSC)和热膨胀法 ( PRD )的结果 , 绘制了部分 Zn2A l二元系合金相图 。图中 α相是 Zn固 溶于 A l中形成的以 A l为基的固溶体 ,面心立方晶格 。 β相是 A l基固溶体或以 ZnA l为基的有序固溶体 ,面心 立方晶格 [ 7～10 ] 。图 4 表明在 340 ℃不存在相变反应 ; 在 300～360 ℃范围内存在 α +β区域 ,说明 Zn2A l二元 相图存在 β( ZnA l)固溶单相区 。
2Na3 A lF6 + 3H2 O = 6HF↑ + 6NaF +A l2 O3 N a3 A lF6 + 2H2 O =N aA lO2 + 2N aF + 4HF↑ 反应生成的 HF气体 ,改变了型腔内氧化性气氛 ,使 Cu 液表面氧化膜不易形成 。此外 ,高温冰晶石还能稀释氧 化膜 ,有利于铸件中的气体析出 。同时 ,在高温下 ,冰晶 石分解为 3NaF +A lF3 ↑。产生的 A lF3 气体能保护界面 液层不同界面水气发生化学反应 ,从而防止了界面 Cu 液的吸氢 。
A lloys. AFS Transactions, 1980 ( 3) : 47～52 6 Ayik O . Solidification and Foundry Studies of Zn /A l A lloys . J Crystal
相转变温度 / ℃
93. 9 184. 6 333. 3 340. 7 345. 7 349. 9 357. 7 354. 7 358. 2
3 结 论
图 4是根据高温 X 射线粉末衍射分析法 ( XRD ) , 示差扫描量热分析法 (DSC)和热膨胀法 ( PRD )的结果 , 绘制了部分 Zn2A l二元系合金相图 。图中 α相是 Zn固 溶于 A l中形成的以 A l为基的固溶体 ,面心立方晶格 。 β相是 A l基固溶体或以 ZnA l为基的有序固溶体 ,面心 立方晶格 [ 7～10 ] 。图 4 表明在 340 ℃不存在相变反应 ; 在 300～360 ℃范围内存在 α +β区域 ,说明 Zn2A l二元 相图存在 β( ZnA l)固溶单相区 。
2Na3 A lF6 + 3H2 O = 6HF↑ + 6NaF +A l2 O3 N a3 A lF6 + 2H2 O =N aA lO2 + 2N aF + 4HF↑ 反应生成的 HF气体 ,改变了型腔内氧化性气氛 ,使 Cu 液表面氧化膜不易形成 。此外 ,高温冰晶石还能稀释氧 化膜 ,有利于铸件中的气体析出 。同时 ,在高温下 ,冰晶 石分解为 3NaF +A lF3 ↑。产生的 A lF3 气体能保护界面 液层不同界面水气发生化学反应 ,从而防止了界面 Cu 液的吸氢 。
金属材料学-第8章 铝合金
美F-117隐身战斗机 (所用材料大部分是铝合金)
3.铝合金分类
铝合金分类
变形铝合金（1）：成分小于B点的合金， 塑性好，能进行压力加工成 形。
铸造铝合金（2）：成分大于B点的合金， 由于凝固时发生共晶反应， 熔点低、流动性好，铸造性 能好，能进行铸造成形。
变形铝合金又分 不可热处理强化（3） 可热处理强化（4）
“时效”用于非晶型转变的淬火合金
淬火+时效组织形成示意图
4.铝合金时效析出过程
（1）以Al-Cu合金为例
第一阶段：形成铜原子富集区
铜富集区 称G.P.区
晶体结构与基体α相同， 与基体形成共格应变区，引 起点阵畸变。
强度、硬度↑。G.P.呈盘状，仅几个原 子层厚，室温下直径约5nm，超过200℃ 就不再出现G.P.区。
b) 稳定性较小的脱溶相经晶格改组转变成更稳定的 脱溶相。例如Al-Cu中的GP区改组为θ ”， θ′改组 为θ
c) 较稳定的相在较不稳定的相中成核，然后在基体 中长大。
（3）影响时效强化的主要因素
化学 成分
取决于溶质元素的固溶度、固溶度随温度的变化 程度，及析出相与基体结构的差异。
固溶 处理
规律：淬火T越高，淬火冷却V越快，转移t越 短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大
二、 铝的合金强化
合金元素主要强化作用有：固溶强化，沉淀强化，过 剩相强化和细化组织强化
1. 固溶强化
合金元素加入到纯铝中，形成铝基固溶体，导致晶 格发生畸变，增加位错运动阻力，从而提高强度。
固溶强化效果不高，得结合其他强化手段共同强化
2. 沉淀强化（时效强化）
Al中添加在高温下有较高溶解度极限的合金元素， 这些合金元素随温度的降低，溶解度急剧下降，沉淀 析出，均匀、弥散的共格或半共格强化相，在基体中 形成较强的应变场，增加位错运动的阻力
3.铝合金分类
铝合金分类
变形铝合金（1）：成分小于B点的合金， 塑性好，能进行压力加工成 形。
铸造铝合金（2）：成分大于B点的合金， 由于凝固时发生共晶反应， 熔点低、流动性好，铸造性 能好，能进行铸造成形。
变形铝合金又分 不可热处理强化（3） 可热处理强化（4）
“时效”用于非晶型转变的淬火合金
淬火+时效组织形成示意图
4.铝合金时效析出过程
（1）以Al-Cu合金为例
第一阶段：形成铜原子富集区
铜富集区 称G.P.区
晶体结构与基体α相同， 与基体形成共格应变区，引 起点阵畸变。
强度、硬度↑。G.P.呈盘状，仅几个原 子层厚，室温下直径约5nm，超过200℃ 就不再出现G.P.区。
b) 稳定性较小的脱溶相经晶格改组转变成更稳定的 脱溶相。例如Al-Cu中的GP区改组为θ ”， θ′改组 为θ
c) 较稳定的相在较不稳定的相中成核，然后在基体 中长大。
（3）影响时效强化的主要因素
化学 成分
取决于溶质元素的固溶度、固溶度随温度的变化 程度，及析出相与基体结构的差异。
固溶 处理
规律：淬火T越高，淬火冷却V越快，转移t越 短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大
二、 铝的合金强化
合金元素主要强化作用有：固溶强化，沉淀强化，过 剩相强化和细化组织强化
1. 固溶强化
合金元素加入到纯铝中，形成铝基固溶体，导致晶 格发生畸变，增加位错运动阻力，从而提高强度。
固溶强化效果不高，得结合其他强化手段共同强化
2. 沉淀强化（时效强化）
Al中添加在高温下有较高溶解度极限的合金元素， 这些合金元素随温度的降低，溶解度急剧下降，沉淀 析出，均匀、弥散的共格或半共格强化相，在基体中 形成较强的应变场，增加位错运动的阻力
材料科学基础-二元合金相图共113页文档
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇。——苏联
材料科学基础-二元合金相图
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
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。
23.二元合金共晶相图及结晶
7
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
x1合金凝固过程
温度3
遇上固溶度线，α析 出βⅡ βⅡ优先从α晶界析出
其次是晶粒内缺陷
961.9 A
αB
T/℃
8.8
3
温度4 由α和βⅡ 组成 α和βⅡ 的体积百分含量
3F
F4
Ag
0.35
α成分变化线
% 4G 100%
FG
Ⅱ%＝
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
2.10 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织
Eutectic Phase Diagram
• 1 相图分析
• 2 共晶系合金的平衡凝固和组织 • 3 共晶组织及其形成机理
• 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织
2020/4/9
柏振海 baizhai@
2020/4/9
柏振海 baizhai@
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中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
Pb－Sn亚共晶合金平衡凝固的组织
亚共晶III合金： Pb－50％Sn组织α＋（α＋β）共晶＋βII
2020/4/9
βII
α+β
α
柏振海 baizhai@
层片状(Pb-Cd),×250
棒状
纤维状(Sn-Pb)(横截面),×150 针状(Al-Si),×100
螺旋状(Zn-MgZn2),×500蛛网状(Al-Si),×100 骨骼状(Al-Ge),×500
2020/4/9
柏振海 baizhai@
25
1
中南大学材料科学与工程学院
二元合金及其相图
第八章有色金属及合金
通常把铁及其合金（钢、铸铁）称为黑色金属材 料，而把非铁金属及其合金称为有色金属材料。 与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如 铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点， 在飞机，汽车制造等工业中应用十分广泛；又如银、 铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工 业不可缺少的材料。虽然有色金属 使用量少，在机械 制造业中仅占4.5%左右，但它是现代工业中不可缺少 的材料。
2、对变形铝合金通过冷变形加工硬化，使强度提高。 3、固溶强化 合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶 体，使合金强度提高。如硅铜镁锰等。
4、加入变质剂，进行变质处理—细晶强化。 例：Al－Si铸造合金，浇铸前加入2－3％钠盐混合 物（2/3NaF + 1/3NaCl-变质剂），结晶时产生大量晶 核，获得细晶粒，合金的强度和塑性都得以提高。
牌号表示方法：字母“ZL”＋三位数字 ZL－铸铝; 第一位数字表示合金类别 1－表示铝硅系， 2－表示铝铜系 3－表示铝镁系， 4－表示铝锌系 第 二、三位数字表示顺序号。 例如：ZL102、 ZL202、LZ302等。
特点：铸造性能好（Al-Cu合金差）
用途：铸造铝合金主要用于制造重要的形状复杂的 铝合金零件，例如汽车、拖拉机发动机的活塞等。
第一节 铝及其合金 一、工业纯铝 特性： 1、熔点低，比重小。熔点为660.4 ℃ 密度 2.72 3、面心立方晶格，强度低（σb=80-100MPa）， 塑 性好（ψ=80%），可以通过压力加工成各种型材，与其 面心立方晶体有关。 4、抗大气腐蚀好，其表面有一层致密的氧化膜。 牌号：工业纯铝牌号有 L1 L2 …….. L7 数字大纯度低 高纯铝 L01 L02 ……L04 数字大纯度高。 主要用途：电线、电缆
通常把铁及其合金（钢、铸铁）称为黑色金属材 料，而把非铁金属及其合金称为有色金属材料。 与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如 铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点， 在飞机，汽车制造等工业中应用十分广泛；又如银、 铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工 业不可缺少的材料。虽然有色金属 使用量少，在机械 制造业中仅占4.5%左右，但它是现代工业中不可缺少 的材料。
2、对变形铝合金通过冷变形加工硬化，使强度提高。 3、固溶强化 合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶 体，使合金强度提高。如硅铜镁锰等。
4、加入变质剂，进行变质处理—细晶强化。 例：Al－Si铸造合金，浇铸前加入2－3％钠盐混合 物（2/3NaF + 1/3NaCl-变质剂），结晶时产生大量晶 核，获得细晶粒，合金的强度和塑性都得以提高。
牌号表示方法：字母“ZL”＋三位数字 ZL－铸铝; 第一位数字表示合金类别 1－表示铝硅系， 2－表示铝铜系 3－表示铝镁系， 4－表示铝锌系 第 二、三位数字表示顺序号。 例如：ZL102、 ZL202、LZ302等。
特点：铸造性能好（Al-Cu合金差）
用途：铸造铝合金主要用于制造重要的形状复杂的 铝合金零件，例如汽车、拖拉机发动机的活塞等。
第一节 铝及其合金 一、工业纯铝 特性： 1、熔点低，比重小。熔点为660.4 ℃ 密度 2.72 3、面心立方晶格，强度低（σb=80-100MPa）， 塑 性好（ψ=80%），可以通过压力加工成各种型材，与其 面心立方晶体有关。 4、抗大气腐蚀好，其表面有一层致密的氧化膜。 牌号：工业纯铝牌号有 L1 L2 …….. L7 数字大纯度低 高纯铝 L01 L02 ……L04 数字大纯度高。 主要用途：电线、电缆
二元相图-精品
二元相图
忻州职业技术学院 机电工程系 葛寒
温故
1．合金：含有两种或两种以上金属元素，或金属元
素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。
2．合金系：给定组元后按不同比例配制的一系列成 分不同的合金。
3．组元：组成合金最基本的独立物质，可以是元素， 也可以是稳定的化合物。
4. 相：合金中具有同一化学成分且结构相同的均匀 部分称为相。
二、二元合金相图的建立
开始结晶温度t1 结晶终了温度t3
1.以铜镍合金为例，
用热分析法建立相
图。
2.按照Ni含量0%、30%、 50%、70%、100%配 制合金系。
3.用热分析法测量出 所配合金的冷却曲 线。
4.将所有冷却曲线绘制在同一个坐标系下。 5.将各临界点对应在温度-成分坐标系中，
把意义相同的临界点用平滑线条连接起来，
★相和组元的区别（相可以包含很多不同组元，但 一定要成分、结构相同且均匀）
知新
一、概念
合金相图：合金平衡图或合金状态图。平衡状态下
（缓冷，理想状态；两相平衡），合金的组成相 和温度、成分之间的图解。 相图作用 1.表明不同成分合金在不同温度下的相组成及相对 含量。 2.揭示合金在缓慢冷却或加热过程中的相变规律。 3.研究相图组织形成和变化规律是制定各种机械工 艺的理论依据。
构成Cu-Ni相图。
上临界点以上合金系处于液态，对应曲线称为液相线；下 临界点以下合金系处于固态，对应曲线称为固相线。
三、匀晶相图
1．匀晶相图：两组元在液态、 固态下都能%的合金I从
液态 缓慢冷却到室温组 织的变化。
LL+αα
剩余的液相沿着液相线变 化,析出的固相沿着固相 线变化。
杠杆的杆是某一温度
忻州职业技术学院 机电工程系 葛寒
温故
1．合金：含有两种或两种以上金属元素，或金属元
素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。
2．合金系：给定组元后按不同比例配制的一系列成 分不同的合金。
3．组元：组成合金最基本的独立物质，可以是元素， 也可以是稳定的化合物。
4. 相：合金中具有同一化学成分且结构相同的均匀 部分称为相。
二、二元合金相图的建立
开始结晶温度t1 结晶终了温度t3
1.以铜镍合金为例，
用热分析法建立相
图。
2.按照Ni含量0%、30%、 50%、70%、100%配 制合金系。
3.用热分析法测量出 所配合金的冷却曲 线。
4.将所有冷却曲线绘制在同一个坐标系下。 5.将各临界点对应在温度-成分坐标系中，
把意义相同的临界点用平滑线条连接起来，
★相和组元的区别（相可以包含很多不同组元，但 一定要成分、结构相同且均匀）
知新
一、概念
合金相图：合金平衡图或合金状态图。平衡状态下
（缓冷，理想状态；两相平衡），合金的组成相 和温度、成分之间的图解。 相图作用 1.表明不同成分合金在不同温度下的相组成及相对 含量。 2.揭示合金在缓慢冷却或加热过程中的相变规律。 3.研究相图组织形成和变化规律是制定各种机械工 艺的理论依据。
构成Cu-Ni相图。
上临界点以上合金系处于液态，对应曲线称为液相线；下 临界点以下合金系处于固态，对应曲线称为固相线。
三、匀晶相图
1．匀晶相图：两组元在液态、 固态下都能%的合金I从
液态 缓慢冷却到室温组 织的变化。
LL+αα
剩余的液相沿着液相线变 化,析出的固相沿着固相 线变化。
杠杆的杆是某一温度
2010秋-轻合金-4-铝合金相图及合金相
杂质铁和硅在Al-Cu-Mn系合金中有时还可能形成
(FeMn)Al6相。
2. 3 3×××系和 4×××系中的多元化合 物
3×××系合金的主要合金元素是锰，该系合金中的锰含量 在1.0%～1.6%，Fe、Si是主要杂质元素。
Fe、Si元素含量对合金相和显微组织有很大影响，必须严格
控制其含量。
可以认为3×××系合金是Al-Mn-Fe-Si基合金。
3×××系合金的铸态组织除基体 (Al) 外，在枝晶间存在 粗大富铁共晶化合物，化合物有两种类型: 正交Al6(FeMn) 和立方Al12(FeMn)3Si，其相对数量取决于合金成分以及冷 却速度。
半连续铸造的冷速有利于Al6(FeMn) 相的生成，在双辊铸造 较高的冷速下，Al12(FeMn)3Si 为主要共晶相。
合金中锰或铬加入量大于0.1%，且合金中硅含量等于或
大于镁含量时，还会出现(FeMn)3Si2Al15或(CrFe)4SiAl13
相。
6061和6063合金半连续铸造状态主要组成为 (Al)+Mg2Si二相共晶体，
6070合金则为(Al)+Mg2Si+W三相共晶体。
此外，由于这些合金中均含有锰，组织中将出现 (FeMn)3 Si12Al15相，6083合金中若以铬代锰则生成 (CrFe)4Si4Al13相。
由于工业合金中还含有铜、铁和锰等组元，硅将和锰形成 多元复杂化合物。
工业生产的Al-Mg-Si-Cu系合金中，当镁含量大于0.3%、
硅大于0.2%时合金组织中出现Mg2Si相；硅含量大于镁、 铜含量大于0.1%，或含有等量的镁和硅、铜含量大于 0.3%，即出现W(Cu2Mg8Si6Al5)相。
二元合金相图(很好很强大)
(ab)、 x1x(ao)的长度。
因此两相的相对重量百分比为：
QL
xx2 x1x2
ob ab
Q
x1x x1x2
ao ab
两相的重量比为：
上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠 杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该 温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。
在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的 端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。
④ 过共晶合金结晶过程
与亚共晶合金相似，不同的是
一次相为 ，二次相为Ⅱ 室温组织为Ⅰ+(+)+Ⅱ。
⑶ 组织组成物在相图上的标注
组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
Ⅰ和Ⅰ, Ⅱ和 Ⅱ,共晶体 (+)都是组
织组成物。 相与相之间的
差别主要在 结构和成分 上。
组织组成物之间的差别主要在形态上。如Ⅰ 、 Ⅱ和 共晶 的结构成分相同，属同一个相，但它们的形
Fe-Fe3C相图
⑷ 三相区的确定：二 元相图中的水平线 是三相区，其三个 相由与该三相区点 接触的三个单相区 的相组成。
常见三相等温水平线上的反应
反应名称 图形特征 共晶反应 包晶反应 共析反应
反应式
说明
L⇄ +
恒温下由一个液相同时 结晶出两个成分结构不 同的新固相。
恒温下由一个液相包着
L + ⇄ 一个固相生成另一个新
铁碳合金相图
共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠 光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体)。
与共晶反应不同 的是，共析反应 的母相是固相， 而不是液相。
另外，由于固态 转变过冷度大， 因而共析组织比 共晶组织细。