2.2 二元相图的基本类型

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图2.8 C-N合金匀晶相图 C-
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析 3.固溶体合金的平衡结晶过程分析
图2.8 C-N合金匀晶相图 C-
•由以上分析可知，I合金的平衡结晶过程，其特点是: 由以上分析可知， 合金的平衡结晶过程，其特点是: 由以上分析可知 平衡结晶过程 •液态金属在无限缓慢冷却条件下，冷却到一定温度范围内进行结晶，而且 液态金属在无限缓慢冷却条件下，冷却到一定温度范围内进行结晶， 液态金属在无限缓慢冷却条件下 固溶体的成分沿着固相线变化( 在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化 在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化(即α1→α2→α3→α4)，而液相的 成分沿液相线变化( 如图2 所示。 成分沿液相线变化(即l1→l2→l3→l4)，如图2－8（a）所示。这就是固溶体 合金的平衡结晶规律。 合金的平衡结晶规律。 用冷却曲线描述K合金的平衡结晶过程， 如图2 用冷却曲线描述K合金的平衡结晶过程，则如图2－8（b）所示。 所示。
diagramdiagram-the diagram ) fangdation of studying twotwo-component
phase
•2.2.3 共晶相图——学习二元相图的关键( The eutectic phase 共晶相图—— ——学习二元相图的关键
diagramdiagram-the key to study two-component phase diagram ) twodiagram )
5.不平衡结晶 5.不平衡结晶 —— 枝晶偏析
•在实际结晶过程中，很难保持体系的平衡状态，冷却过程往往是比较快的（即不平 在实际结晶过程中，很难保持体系的平衡状态，冷却过程往往是比较快的（ 在实际结晶过程中 衡结晶），此时原子不能充分进行扩散，这时先结晶出的固相含高熔点组元(镍 较 ），此时原子不能充分进行扩散 衡结晶），此时原子不能充分进行扩散，这时先结晶出的固相含高熔点组元 镍)较 后结晶出的固相含低熔点组元(铜 较多 快冷使这种成分不均匀现象保留下来， 较多， 多，后结晶出的固相含低熔点组元 铜)较多，快冷使这种成分不均匀现象保留下来， 形成了在同一晶粒中的成分偏析，因结晶一般是以树枝状方式进行， 形成了在同一晶粒中的成分偏析，因结晶一般是以树枝状方式进行，先结晶的主干 和后结晶的分支成分不一致， 枝晶偏析。 和后结晶的分支成分不一致，故这种偏析称为枝晶偏析。因这种偏析发生在一个 晶粒内， 又称晶内偏析。 晶粒内，故又称晶内偏析。 • 枝晶偏析，会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏。为消除枝晶偏析， 枝晶偏析，会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏。为消除枝晶偏析， 可采用高温扩散退火(又称均匀化退火 方法，即将合金铸件加热至固相线以下100～ 又称均匀化退火)方法 可采用高温扩散退火 又称均匀化退火 方法，即将合金铸件加热至固相线以下 ～ 200℃长时间保温(一般 ～8h)，使原子充分扩散，从而达成分均匀化的目的。 ℃长时间保温 一般 一般5～ ，使原子充分扩散，
•2.相图分析 2.相图分析
①特性点：纯铜的熔点A为1083℃，纯镍的熔点 为1455℃。 特性点：纯铜的熔点 为 ℃ 纯镍的熔点B为 ℃ 特性线： 固相线。 相区与基本相： ②特性线：液相线 ，固相线。 ③相区与基本相：
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析 3.固溶体合金的平衡结晶过程分析
•现以K成分合金为例进行分析。 现以K成分合金为例进行分析。 •当Ｉ合金从高温液态缓慢冷却至t1温度时，开始从液相中结晶出固溶体α，此时的α 当 合金从高温液态缓慢冷却至t 温度时，开始从液相中结晶出固溶体α 此时的α l1 t 随温度下降，结晶出来的α → α1 成分为α 其含镍量高于Ｉ合金的镍含量) 成分为α1(其含镍量高于Ｉ合金的镍含量)，即 。随温度下降，结晶出来的α 固溶体量逐渐增多，剩余的液相L量逐渐减少。 温度冷至t 固溶体的成分为α 固溶体量逐渐增多，剩余的液相L量逐渐减少。当温度冷至t2时，固溶体的成分为α2， l2 t2 α 2 → 液相的成分为l 镍含量低于合金的镍含量) 为保持相平衡， t1温度 液相的成分为l2(镍含量低于合金的镍含量)，即 。为保持相平衡，在t1温度 结晶出来的α1 α1相 必须改变为与α 相一致的成分，液相成分也必须由l1 l2变 l1向 结晶出来的α1相，必须改变为与α2相一致的成分，液相成分也必须由l1向l2变 ……一直冷到t 温度时， 一直冷到 最后的相平衡， 化。……一直冷到t4温度时，其相平衡关系 。最后的相平衡，必然使从液相 l4 t4 α 4 → 中结晶出来的全部α相都具有α 的成分，并使最后一滴液相的成分达到l 的成分。 中结晶出来的全部α相都具有α4的成分，并使最后一滴液相的成分达到l4的成分。
•2.2.4 包 晶 相 图 特 征 ( Characteristics of peritectic phase •2.2.5 具 有 稳 定 化 合 物 相 图 (Phase diagrams with stable
compound)
•2.2.6 具 有 共 析 反 应 的 相 图 (Phase diagrams with eutectoid
单击此处编辑母版标题样式 2.2 二元相图的基本类 型 • 单击此处编辑母版文本样式

• • • •
Basic two第二级 types of two-component phase diagram 第三级 第四级 第五级
2.2
二元相图的基本类型 二元相图的基本类型
Basic types of two-component phase diagram two•2.2.1 相图的建立( Setting-up of phase diagrams ) Setting•2.2.2 匀 晶 相 图 —— 学 习 二 元 相 图 的 基 础 ( Isomorphous
•建立相图的方法有实验测定和理论计算两种，但目前所 有实验测定和理论计算两种，
使用的相图大部分都是根据大量实验结果绘制出来的。 使用的相图大部分都是根据大量实验结果绘制出来的。
相图的建立 Setting-up of phase diagrams
•如图2.7所示，首先配制一系列不同成分的合金，测出其从液态到室温的冷 如图2.7所示 首先配制一系列不同成分的合金， 所示， 却曲线，求得各相变点，然后把这些特性点标在温度-成分的坐标图纸上 成分的坐标图纸上， 却曲线，求得各相变点，然后把这些特性点标在温度 成分的坐标图纸上， 把相同意义的特性点联结成线。这些特性线将相图划分出一些区域， 把相同意义的特性点联结成线。这些特性线将相图划分出一些区域，这些 区域称为相区;最后 在各相区内填入相应的“ 最后， 的名称。 区域称为相区 最后，在各相区内填入相应的“相”的名称。 •在二元相图中，有的相图简单 如Cu-Ni相图 ，有的相图很复杂 如Fe-C相 在二元相图中， 相图)， 在二元相图中 有的相图简单(如 相图 有的相图很复杂(如 相 图)。但不管多么复杂，任何二元相图都可以看成是由几类基本类型的相图 。但不管多么复杂， 迭加、复合而组成的。 迭加、复合而组成的。
reaction)
•2.2.7
properties and phase diagrams of binary alloys)
二元合金相图与性能之间的关系(Relationship between
2.2.1 相图的建立 Setting-up of phase diagrams
•相图是表示材料(合金)体系中材料(合金)的状态与温度、成 是表示材料(合金)体系中材料(合金)的状态与温度、
用热分析法建立Cu Ni相图 Cu图2-7 用热分析法建立Cu-Ni相图
2.2.2 匀晶相图—学习二元相图的基础 匀晶相图—
( Binary isomorphous diagrams) •1. 匀晶相图与匀晶转变
•两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解，即在固态下形成无限固溶体的 两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解， 两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解 合金相图称为匀晶相图。例如Cu-Ni、Fe-Cr等合金相图均属于此类相图。在这类合 等合金相图均属于此类相图。 合金相图称为匀晶相图。例如 、 等合金相图均属于此类相图 金中，结晶时都是从液相结晶出单相固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。 金中，结晶时都是从液相结晶出单相固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。应该指 几乎所有的二元合金相图都包含有匀晶转变部分， 出，几乎所有的二元合金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类相图是学习 二元合金相图的基础。 二元合金相图的基础。
4.杠杆定律及其应用 4.杠杆定律及其应用
图2.9 杠杆定律的证明
•在合金相图中的两相区(如液相和固相)内，若给定某一温度，就能确定在 在合金相图中的两相区(如液相和固相) 若给定某一温度， 该温度下两平衡相(如液、固两相)的成分，以及在该温度下两平衡相(如液、 该温度下两平衡相(如液、固两相)的成分，以及在该温度下两平衡相(如液、 固两相)的相对质量，这就是杠杆定律的内容。 固两相)的相对质量，这就是杠杆定律的内容。 •分析成分为K的Cu-Ni合金，见图2-9 (a)，在tx温度时，液相成分为x1， 分析成分为K Cu-Ni合金 见图2 (a)， tx温度时 液相成分为x 合金， 温度时， 分析成分为 固相成分为x 通过tx温度作一水平线，此水平线与液、 tx温度作一水平线 固相成分为x2(通过tx温度作一水平线，此水平线与液、固相线的交点即为 相的成分与α相的成分) 现求在该温度下，已结晶出固溶体α L相的成分与α相的成分)。现求在该温度下，已结晶出固溶体α和剩余液相 的质量分数。 L的质量分数。
分间关系的简明图解， 分间关系的简明图解，它清楚地表明了材料中各种相的存在 范围以及相与相之间的关系。 范围以及相与相之间的关系。 •相图中的相是指平衡相，它不反映时间因素的影响。 相图中的相是指平衡相， 是指平衡相 •材料在一定成分和一定温度下的相状态，以及当成分和温 材料在一定成分和一定温度下的相状态， 材料在一定成分和一定温度下的相状态 度改变时相状态的变化,可用温度— 度改变时相状态的变化,可用温度—成分坐标系的图示明确而 系统地表示出来。 系统地表示出来。