二元合金相图的基本类型和分析

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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

材料科学基础-8-二元相图(2)

材料科学基础-8-二元相图(2)

第二节 二元相图
(一)匀晶相图
2、固溶体的平衡凝固
(3)固溶体的结晶规律
c.固溶体的凝固过程与纯金
属一样,也包括形核与长大
两个阶段
e. 平衡凝固得到的固溶体显
微组织和纯金属相同,除了
晶界外,晶粒之间和晶粒内
部的成分却是相同的。
d.合金结晶形核时需要能量
起伏和成分起伏
a. 固溶体的结晶与纯金属不同,它不在
(2)压力加工性:压力加工合金通常是相图上单相固溶体
成分范围内的单相合金或含有少量第二相的合金。
——单相固溶体合金切削加工性能
不够好,而具有两相组织的合金切
削加工性一般比较好。
(4)热处理性:
相图上无固态相变或固溶度变化的
合金不能进行热处理。
孔等缺陷。
——我国20世纪60年代开始研制Pt-Ag合金,但至今无法批量
稳定发展
——国内外通过添加Pd(钯)制成Pt-Pd-Ag三元合金,虽综合
性能不如Pt-Ag合金,但加工性能得以改善。
第二节 二元相图
(三)包晶相图
2、包晶合金的凝固及其平衡组织
(1)ω (Ag)为42.4%的Pt-Ag合金(合金I)


% =
× %

第二节 二元相图
1186℃
A
LP+αC ↔ βD
(三)包晶相图
f=2-3+1=0
包晶点
• 1、包晶相图
• 包晶转变:由一个固相与
液相作用生成另一个固相
的过程。
• 包晶相图:两组元在液态
无限互溶,固态下有限互
溶,并发生包晶反应的二
元系相图。
第二节 二元相图
2、包晶合金的凝固及其平衡组织

合金相图

合金相图

2.Cu-Ni合金的平衡结晶过程如b)图所示。 3.杠杆定理
不同条件下相的成分及其相对量可用杠杆定理求得。
1)确定两平衡相的成分
如图(a)所示,水平线与液相线L的交点 x1 即为相的成分。
2)确定两平衡相的相对量 方法是:
① 设试验合金重量为1,液、固相重量分别为QL、QS ,则 QL+QS =1;
4.2 二元合金相图的基本类型和分析
一、二元匀晶相图
在液态和固态两组元都能无限互溶的相图称为均晶相图。 二元合金系Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、Fe-Ni、W-Mo等具有这类相 图。 1.Cu-Ni相图分析
分析:
① 液相线—曲线Al1B ② 固相线—曲线Aa4B ③ 液相区—液相线以上的液相L区域 ④ 固相区—固相线以下的固a相区域 ⑤ 液相线与固相线之间为液、固两相区(L+a) ⑥ A为Cu的熔点(1083℃),B为Ni的熔点(1452℃)。
三、二元包晶相图
二组元在液态无限互溶,在固态有限固溶且发生包晶 反应。如Fe-Fe3C合金(Fe3C----渗碳体)。 1.相图分析 包晶相图组成如图所示。 包晶反应过程如图所示。
2.合金结晶过程 Fe-Fe3C合金结晶过程如图所示。
四、形成稳定化合物的二元合金相图
分析: ① 稳定化合物指熔化前不分解的化合物。 ② 可将稳定化合物看作一个组元,从而把整个相图看成由若
“二元合金相图的基本类型和分析”部分结束! 请转入:
“铁碳合金相图及应用”
100 %
或 QL x1 Qs x2
3)注意:杠杆定律只能用于两相平衡共存时计算。
4.成分偏析 实际生产条件下为非平衡结晶,因此,先后结晶的部
分成分会不相同。 ① 枝晶偏析(晶内偏析):先结晶的枝轴与后结晶的枝轴

7-二元合金相图PPT模板

7-二元合金相图PPT模板

示例 现以Cu-Ni二元合金相图为例进行分析。
如左图所示,A点为Cu的 熔点(1 083℃),B点为Ni的 熔点(1 455℃),该相图上面 一条是液相线,下面一条是固 相线,液相线和固相线把相图 分成三个区域,即液相区L、固 相区α及液固两相区L+α。
Cu-Ni合金相图及结晶过程示意图
示例 现以Cu-Ni二元合金相图为例进行分析。
金属材料与热处理
合金的结晶过程较为复杂,通常运用合金相图来分析合金的结 晶过程。
相图是表示合金系在平衡条件下,在不同温度、成分下各相 关系的图解,又称为平衡图或状态图。
利用相图,可知各种成分的合金在不同温度的组织状态及一定 温度下发生的结晶和相变,了解不同成分的合金在不同温度下的相 组成及相对含量,了解合金在加热和冷却过程中可能发生的转变。
2.铁碳合金中的相
铁素体
碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶 体称为铁素体,用符号F或α表 示。
奥氏体
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶 体称为奥氏体,用符号A或γ表 示。
铁素体仍保持α-Fe的体心立方 晶格。铁素体中碳的溶解度极小, 室温时约为0.000 8%,在727℃时 碳的溶解度最大,仅为0.021 8%。 铁素体的力学性能与工业纯铁相似, 即塑性、韧性较好,强度、硬度较 低。
45钢室温下的显微组织如下图所示。
亚共析钢结晶过程示意图
如左图所示, F呈白色块状,P 呈层片状,放大倍数不高时呈黑色块 状。所有亚共析钢的室温组织都是F +P,只是随碳含量的增加,P越来越 多,F越来越少。
过共析钢
1点以上
1~2点
2~3点
3~4点
过共析钢结晶过程示意图
4点~室温
如上图所示,当温度降到1点时,开始从液相中析出A,降到2点 时液相全部结晶为A。温度降至3点时,开始从A中析出二次渗碳体 (Fe3CⅡ)。温度继续降低,Fe3CⅡ的量不断增多,并呈网状沿奥氏 体晶界分布。剩余A的成分沿ES线变化,冷却至4点时,其中碳的质 量分数达到共析成分,发生共析反应,转变为P。继续冷却,合金组 织不变。

二元相图的基本类型与分析

二元相图的基本类型与分析

§4-2二元相图的基本类型与分析一、匀晶相图匀晶相图:组元在液态、固态均能无限互溶所形成的相图。

例如:Cu-Ni Fe-Cr W-Mo相图。

1、点、线、区的意义2、合金K的结晶过程1点以上, 合金为液相L。

1-2之间, 合金发生匀晶反应:L→α,2点以下, 合金全部结晶为α固溶体最终室温组织:单相 固溶体。

3、枝晶偏析固溶体结晶时如果冷却较快, 原子扩散不能充分进行。

先结晶的树枝晶轴含高熔点组元较多, 后结晶的树枝晶枝干含低熔点组元较多。

结果造成在一个晶粒内化学成分的分布不均。

这种现象称为枝晶偏析。

枝晶偏析对材料的机械性能、抗腐蚀性能、工艺性能都不利。

生产上为了消除其影响,常把合金加热到高温(低于固相线100℃左右), 并进行长时间保温, 使原子充分扩散,获得成分均匀的固溶体, 这种处理称为扩散退火。

二、共晶相图共晶相图:两组元在液态下无限溶解,在固态下不能无限溶解,并有共晶转变的相图。

例如:Al-Si Al-Sn Pb-Bi等相图分析:相:α相:Sn溶于Pb中的有限固溶体。

β相:Pb溶于Sn中的有限固溶体。

主要点、线的含义:d点:共晶点cde水平线:共晶反应线cf线:Sn在Pb中的溶解度线(或α相的固溶线)。

合金从高温冷却时,碰到此线,从α相中析出β相。

从固态α相中析出的β相称为β。

IIeg线: Pb在Sn中溶解度线(或β相的固溶线)。

合金从高温冷相。

却时,碰到此线,从β中析出αII1、平衡结晶过程①成分在fc’之间的合金I的平衡结晶过程1点以上:合金为液相L1-2之间:合金发生匀晶反应: L →α,2-3之间:合金全部结晶为α固溶体3点以下:由于Sn 在α中的溶解度沿cf 线降低, 从α中析出βII合金室温组织: α+βII②成分为e 点的合金II 的平衡结晶过程合金冷却到1点温度(T d ):共晶反应:一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应叫做共晶反应。

共晶反应条件(d 点的含义):温度T d = 183℃ 共晶温度液体成分Sn ﹪ = 61.9﹪ 共晶成分共晶反应产物:(αc + βe )为共晶体;是两相混合物。

二元合金相图(很好很强大)

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。

2.2_二元相图的基本类型

2.2_二元相图的基本类型
i相图
2.2.2 匀晶相图—学习二元相图的基础
( 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 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 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 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。
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。
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 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。 •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, 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 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 L的质量分数。
phase
•2.2.3 共晶相图——学习二元相图的关键 ( The eutectic phase
diagram-the key to study two-component phase diagram ) diagram )
•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) reaction)

二元合金相图及相变基础知识

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

二元合金相图

二元合金相图

教学内容
1
§4.1 二元合金相图的建立
§4.1.1 名词涵义
组元:组成合金的独立的最基本的单元。一般是 一种元素(如Pb-Sn合金中的Pb和Sn) 或一种稳 定的化合物(如Fe3C) 。
合金系: 由两个或两个以上组元按不同比例配制 成的一系列不同成分的合金(如Pb-Sn系,FeFe3C 系) 。
相图:用来表示合金系中各个合金的结晶过程的 简明图。
成分不均匀 组织不均匀 性能不均匀
富Ni区 富Cu区
18
§4.2.2 共晶相图 1. 相图分析
Pb-Sn合金相图
一定成分的均匀液相, 在一定温度下,从液相 中同时结晶出两种不同 固相的转变称为共晶转 变。所生成的两相混合 物叫共晶体。水平线ced 为共晶反应线。
L
19
共晶相图:两组元液态时彼此无限 互溶,固态下彼此部分固溶,并发 生共晶转变的合金系形成的相图。
Q0
ac
Qa a% ab
Q0
ac
运用杠杆定律时注意,它只适用于相图中的两相 区,并且只能在平衡状态下使用。
杠杆定律的应用: ①确定某一温度下两平衡相的成分; ②确定某一温度下两平衡相的相对量。
16
4. 非平衡结晶与枝晶偏析
实际金属的结晶主要以树枝状长大:这是由于当冷却 速度较大,特别是存在有杂质时,晶体与液体界面的 温度会高于近处液体的温度,形成负温度梯度,且晶 核棱角处的散热条件好,生长快,先形成一次轴,一 次轴又会产生二次轴……,树枝间最后被填充。
α固溶体中Sn 的溶解度极限曲线;

dg , Pb在Sn中溶解度线,或称β相的固溶线;

β固溶体中Pb的溶解度极限曲线。
20
④相区: 三个单相区: L、α、β(α、β是有限固溶体)

材料科学基础 4-2二元相图及其类型_OK

材料科学基础 4-2二元相图及其类型_OK

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nf 的溶解度变化线
●凝固过程:
合金1:L L 合金2 :L L
21
●不平衡凝固
◆伪共晶
在非共晶成分处获得100%的共晶组 织,只能在非平衡条件下得到。
后退
下页
22
后退
下页
23
◆不平衡共晶
m点以左,n点以右合金不平衡凝固时出现的 共晶组织 。
后退 下24页
◆离异共晶
当初相较多,当发生 共晶反应时,与当初相相 同的一相优先形核,将另 一相推到最后处形成,失 去了共晶形貌,即组织为 离异组织。
上页 下页
25
●包晶相图
后退
下页26
后退
下页27
后退
下页28
1.包晶型反应有何特点?与 共晶反应相比,你能否总结 其规律?
2.分析其冷凝过程,比较平 衡与非平 衡凝固的异同?
下页 30
(4)共析反应:在某一恒温下,一定成分 的固相同时分解成两个成分与结构不同的固 相反应。 (5)包析反应:两个不同成分的固相,在 某一恒温下相互作用生成另一固相的反应。
表5-6是对以上反应类型的总结
上页
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31
后退 下页
32
二元相图的分析方法
后退 下页
一、二元相图的一些基本规律
(1)相接触法则:在二元相图中,相邻相区 的相数差为1,点接触除外。 (2)在二元相图中,三相平衡一定是一条水 平线,该向上一定与3个单相区有点接触,其
系中一切具有相同的物理性能与化学性
能的均匀部分,与其它有明显界面分开,
超越界面会有性质突变,否则仍为同一
相。
3
后退 下页
对于合金系统来说,要保持物理性能、 化学性能相同则要满足:成分相同和结 构相同。

第4章+(3)二元合金相图

第4章+(3)二元合金相图
2.将临界点标 在温度-成分坐 标中的成分垂 线上。
3.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。
大连理工大学经济系0501班 姜珊
8
第4章 二元合金相图
[本章内容]:
4.1二元合金相 图的建立
二元相图的建立步骤
4.2二元相图的 基本类型与分析
由凝固开始温度连接起来的相界线称为液相线;
由凝固终结温度连接起来的相界线称为固相线。
(a)Cu-Ni合金的冷却曲线 (b) Cu-Ni 合金相图
大连理工大学经济系0501班 姜珊
9
第4章 二元合金相图
[本章内容]:
4.1二元合金相 4.2.1 二元匀晶相图---相图分析
图的建立
4.2二元相图的 特点:
基本类型与分析 液、固态下均无限互溶。
3
第7章 钢的热处理
3
第8章 钢的合金化
大连理工大学经济系0501班 姜珊
3
第4章 二元合金相图
[本章内容]:
4.1二元合金相 图的建立
4.2二元相图的 基本类型与分析
1. 组元
组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的 物质。
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, 如Fe-C合金中的Fe3C,Mg-Si中的Mg2Si。
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
大连理工大学经济系0501班 姜枝珊 晶偏析组织
19
第4章 二元合金相图
[本章内容]:
4.1二元合金相 图的建立
4.2二元相图的 基本类型与分析
4.2.2 二元共晶相图
•当两组元在液态 下完全互溶,在 固态下有限互溶, 并发生共晶反应 时所构成的相图 称作共晶相图。

2.2二元相图的基本类型

2.2二元相图的基本类型
2.2 二元相图的基本类型
Basic types of two-component phase diagram
一、相图的建立(Setting-up of phase diagram) 相图:平衡状态下,不同成分的合金, 在不同温度下,合金的状态、显微组织 形成规律的图形。 建立:实验法或理论计算法 图2-8 热分析法建立Cu-Ni相图
三、共晶相图(Eutectic diagram)
定义:两组元在液态下无限互溶,在 固态时有限互溶并发生共晶反应(转 变),形成共晶组织的二元相图。 Pb-Sn、 Pb-Sb、 Al-Si、Ag-Cu等 1、相图分析(Pb-Sn为例)
1)特性线与特性点 characteristic lines and points
b)共晶相图

Fig.2-18 合金铸造性能与相图的关系
⑴铸造性能与相图的关系
Relationship between Casting Performance and Phase Diagram
液固相线之间的距离越宽,液体流动性越 差,形成枝晶偏析的倾向越大,分散缩孔越 多,铸造性能越差。
即:固溶体溶质含量越多,铸造性能越差。
室温组织:α+β(αⅡ、βⅡ省略不计) 结晶过程:共晶反应+二次析出反应
3)亚共晶合金(WSn=19%~61.9% hypoeutectic alloy
L 1 L 183C ( ) 2 Ⅱ ( )
温度/℃
400 327.5
A 300
Ⅲ L
L+α
1
200 α
M 183
E
231.9 B
β+αⅡ+(α+β)
α+β
F
G
Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn WSn / %

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

二元合金相图的基本类型和分析

二元合金相图的基本类型和分析

3)找出与三相共存水平线点接触的三个单相区,确定三相平衡 转变的性质和反应式。 4)在两相平衡区,可应用杠杆定律求出各相的相对量。 2.相图的应用 ① 相图反映了合金的成分与组成相之间的关系,而组成相的本质 及其相对含量与合金力学性能、物理化学性能密切相关。 ② 相图反映了合金的结晶特性。 ③ 在某种程度上可根据相图来判断合金力学性能、物理化学性能 及合金的铸造性能。如图所示。 ④ 相图也是制定热处理和热变形工艺的重要依据。
2.Cu-Ni合金的平衡结晶过程如b)图所示。 3.杠杆定理 不同条件下相的成分及其相对量可用杠杆定理求得。 1)确定两平衡相的成分 如图(a)所示,水平线与液相线L的交点 2)确定两平衡相的相对量
x1 即为相的成分。
方法是:
① 设试验合金重量为1,液、固相重量分别为QL、QS ,则 QL+QS =1;
三、二元包晶相图
二组元在液态无限互溶,在固态有限固溶且发生包晶 反应。如Fe-Fe3C合金(Fe3C----渗碳体)。 1.相图分析 包晶相图组成如图所示。 包晶反应过程如图所示。 2.合金结晶过程 Fe-Fe3C合金结晶过程如图所示。
四、形成稳定化合物的二元合金相图
分析: ① 稳定化合物指熔化前不分解的化合物。
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“铁碳合金相图及应用”
液相线曲线al1b固相线曲线aa4b液相区液相线以上的液相l区域固相区固相线以下的固a相区域液相线与固相线之间为液固两相区laa为cu的熔点1083b为ni的熔点1452
4.2 二元合金相图的基本类型和分析 一、二元匀晶相图
在液态和固态两组元都能无限互溶的相图称为均晶相图。 二元合金系Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、Fe-Ni、W-Mo等具有这类相 图。 1.Cu-Ni相图分析 分析: ① 液相线—曲线Al1B ② 固相线—曲线Aa4B ③ 液相区—液相线以上的液相L区域 ④ 固相区—固相线以下的固a相区域 ⑤ 液相线与固相线之间为液、固两相区(L+a) ⑥ A为Cu的熔点(1083℃),B为Ni的熔点(1452℃)。

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2章-二元合金的相图及结晶

第2章-二元合金的相图及结晶

2021/4/9
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二元相图的建立步骤为:[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1. 配制不同成分的合金,测出各合金的冷却曲线,
找出曲线上的临界点(停歇点或转折点)。 2. 将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 3. 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 的连线叫固相线。
液固相线不仅是相区分 界线, 也是结晶时两相的成 分变化线;匀晶转变是变 温转变。
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(2) 杠杆定律
处于两相区的合金,不仅由相图可知道(温度一定)两平衡
相的成分,还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。
现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律:
① 确定两平衡相的成分:设合金成分为x,过x做成 分垂线。在成分垂线相当于
Cu-Ni置换固溶体
Fe-C间隙固溶体
3
固溶体的分类: a、置换固溶体:溶质原子取代溶剂原子的位置,
但整个结构仍然是溶剂的晶体结构。 b、间隙固溶体:溶质原子位于溶剂原子的间隙
位置中。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的 非金属元素,如C、N、B等,而溶剂元素一般是过渡族 元素。形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂<0.59。
a、有限固溶体:在一定的条件下,溶质在固溶体中存在一 极限浓度,如超过此浓度则有其它相形成。
b、无限固溶体:溶质可以任意比例溶入到溶剂中,最高可 达100%。 (只能是置换固溶体)组成元素原子半径、 电化学特性相近,晶格类型相同的置换固溶体,才有可 能形成无限固溶体。
a 、有序固溶体:溶质原子在固溶体中有规律的分布。 (只能是置换固溶体)
属元素,如C、N、B等, 而溶剂元素一般是过渡 族元素。

二元相图的基本类型

二元相图的基本类型

0
L
L
1
L

L α
α冷
4’ α

α

k

时间→
α——成分沿B4’A变化,先析出含Ni%多;
L——成分沿B1A变化,后析出含Ni%少。
3、杠杆定律及其应用
合金成分x,温度tx xL——液相成分 xα——固相成分 QL——液相重量 Qα——固相重量
温度 →

L
B
tx
a
A QL
L+α c
b α

Cu
xL
同时结晶出成分各自固定的两个新固相的 转变过程。
LE 1 8 C 3 MN
相图分析.3
3)特性线与特性点 A——327.5℃,纯Pb的熔点; B——231.9℃;纯Sn的熔点; E——共晶点,WSn=61.9%。
LE 1 8 C 3 MN
相图分析.4
AEB——液相线; AMENB——固相线; MEN——共晶线 ; 成分>M点合金,在此温度线,均发生共
3)亚共晶合金(WSn=19%~61.9%) L 1L 1 8C 3 () 2 Ⅱ ()
温度/℃
400 327.5
A 300
Ⅲ L
L+α
1
200 α
M 183
E
19
2
61.9
100
α+βⅡ+(α+β)
α+βⅡ
F
α+β
Pb 10 20 30 40 50 60 70 WSi / %
231.9 B
WSn<19%的合金
室温组织:α+βⅡ 二次析出反应: 从单一固溶体相中析出单一新固相的反应。 βⅡ的计算:
βⅡ=F4/FG×100% 结晶过程: 匀晶反应+二次析出反应
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4.2 二元合金相图的基本类型和分析 一、二元匀晶相图
在液态和固态两组元都能无限互溶的相图称为均晶相图。 二元合金系Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、Fe-Ni、W-Mo等具有这类相 图。 1.Cu-Ni相图分析 分析: ① 液相线—曲线Al1B ② 固相线—曲线Aa4B ③ 液相区—液相线以上的液相L区域 ④ 固相区—固相线以下的固a相区域 ⑤ 液相线与固相线之间为液、固两相区(L+a) ⑥ A为Cu的熔点(1083℃),B为Ni的熔点(1452℃)。
二、二元共晶相图
二组元在液态无限互溶,而在固态仅有限互溶且发 生共晶反应。 以Pb-Sn合金为例。
1.相图分析 ① 相及相区:有α、β、L三种相; 由三个单相区、三个双相区组成相图。 ② AEB为液相线 , ACEDB为固相线。 ③ 共晶线为CED线,称为共晶反应线。
④ 共晶反应 :浓度为E的L相在共晶反应线时的温度会同时结晶 出两相的混合物,其产物称为共晶组织。即:
3.共析转变 由图分析可知: ① 从固相中同时析出两种不同新相的反应称为共析反应。 ② 共析反应的产物为共析物。 ③ 由于共析反应在固态进行,所以共析组织比共晶组织要细 得多。
六、二元相图的分析与应用
1.二元相图的分析步骤
1)若有稳定化合物,则将其看作一独立组元,把相图分成 几个部分分析。 2)相区接触法则: 二元相图中,相邻相区中的相数只相差一个(点接触 除外)。分析时首先熟悉单相区中的相,再根据相区接触 法则辨别其它相区。
3)找出与三相共存水平线点接触的三个单相区,确定三相平衡 转变的性质和反应式。 4)在两相平衡区,可应用杠杆定律求出各相的相对量。 2.相图的应用 ① 相图反映了合金的成分与组成相之间的关系,而组成相的本质 及其相对含量与合金力学性能、物理化学性能密切相关。 ② 相图反映了合金的结晶特性。 ③ 在某种程度上可根据相图来判断合金力学性能、物理化学性能 及合金的铸造性能。如图所示。 ④ 相图也是制定热处理和热变形工艺的重要依据。
三、二元包晶相图
二组元在液态无限互溶,在固态有限固溶且发生包晶 反应。如Fe-Fe3C合金(Fe3C----渗碳体)。 1.相图分析 包晶相图组成如图所示。 包晶反应过程如图所示。 2.合金结晶过程 Fe-Fe3C合金结晶过程如图所示。
四、形成稳定化合物的二元合金相图
分析: ① 稳定化合物指熔化前不分解的化合物。
2.Cu-Ni合金的平衡结晶过程如b)图所示。 3.杠杆定理 不同条件下相的成分及其相对量可用杠杆定理求得。 1)确定两平衡相的成分 如图(a)所示,水平线与液相线L的交点 2)确定两平衡相的相对量
x1 即为相的成分。
方法是:
① 设试验合金重量为1,液、固相重量分别为QL、QS ,则 QL+QS =1;
② 设液、固相含Ni浓度分别为x1、x2,x为试验合金中的平均 含Ni量(%),则
QL x1 Qs x2 x
可得:
x2 x QL x2 x1

x x1 Qs x2 x1
用图中线段来表示,即为:
xx2 QL 100 % x1 x2

Qs
x1 x 100 % x1 x2
Байду номын сангаас
② 可将稳定化合物看作一个组元,从而把整个相图看成由若 干个简单相图所组成。
五、具有固态转变的二元合金相图
1.固态转变主要有: ① 固溶体的脱溶转变; ② 共析转变; ③ 包析转变; ④ 固溶体的同素异晶转变; ⑤ 有序—无序转变等。
2.固溶体的脱溶转变
固溶体因溶解度变化而发生的脱溶转变。如图所示。
所以:
QL xx2 QS x1 x

QL x1 Qs x2
3)注意:杠杆定律只能用于两相平衡共存时计算。
4.成分偏析 实际生产条件下为非平衡结晶,因此,先后结晶的部 分成分会不相同。 ① 枝晶偏析(晶内偏析):先结晶的枝轴与后结晶的枝轴 间成分不同。 ② 区域偏析:由于不平衡冷却造成宏观区域成分不一致。 例如焊接接头中的中心线偏析和层状偏析。 注意:杠杆定律只能用于两相平衡共存时计算。
LE C B
183 。 C
⑤ 固溶线:CF线及DG线分别为α固溶体和β固溶体的固溶线。
2.合金的结晶过程及组织 合金Ⅰ、合金Ⅱ、合金Ⅲ、合金Ⅳ的结晶过程及其组织如 图所示。 分析: ① 相组成 ② 组织组成物 ③ 属这类相图的合金还 有Pb-Sn、Al-Si、AlSn、Al-Cu、Pb-Sb、 Ag-Cu等。
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