包晶相图 PPT
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匀晶、共晶、包晶
反 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
应
T,C
要
点
L
L+
L+
183 c
d
e
+
Pb f
g Sn
L
X1合金结晶过程分析
T,C
T,C
1
L
2
L
L+
L
L+
L+
183 c
d
e
{
3
f4
Pb X1
+
g
Sn
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
X1L合金结晶特点
1.没有共晶反应过程，
T,C
而是经过匀晶反应形成
有一个三相共存的水平线dec。在该线上进行包晶反应。
包晶转变： Ld + c e
T,C
L+
c e
L
d L+
T,C
L
L+ L+
+
f
Pt
Ag%
铂-银合金包晶相图
+ Ⅱ
g
Ag
t
4、具有共析反应的相图
自某种均匀一致 的固相中同时析出 两种化学成分和晶 格结构完全不同的 新固相的转变过程 称为共析反应。
相图（平衡图、状态图）
平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。
简化的Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图 L+A
共晶相图
L
D
E
912℃ A
G 共析相图
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
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 + + 。
包晶反应及其结晶过程
指出下列相图中的错误之处
指出下列相图中的错误之处
复杂相图分析
稳定中间相可把相图分成几个部分 根据标注的单相区，根据相接触原则填写 空白相区 利用典型成分分析合金的结晶过程和组织 转变，并利用杠杆定律分析各相相对量
复杂相图举例
复 杂 相 图 举 例
七个单相区：、、 、、、、
包晶反应及其结晶过程
包晶相图：发生包晶 反应的相图 三种类型的包晶相图 包晶反应:在一定温度 下，由一固定成分的 液相和一固定成分的 固相作用，生成另一 个成分固定的固相的 反应。
d Lb p
包晶系合金的结晶过 程
二元包晶相图
二元包晶相图
点:A,B,C,D,P,E,F
线:液相线、固相线、 包晶线、溶解度曲线
判 断 合 金 的 工 艺 性 能
根据相图判断合金的工艺性能 铸造性能：结晶的温度间隔和成分间隔越大，流动性 越差；铸造合金一般选用近共晶成分的合金 压力加工性能：单相固溶体的塑性好
二元相图的一些几何规律
二元相图的一些几何规律Fra bibliotek
相区接触法则：两个单相区之间，必有一个由这两个相所 组成的两相区，两个单相区不能以一条线分开；两个两相 区以单相区或三相区（水平线）隔开。 二元相图中的三相平衡区必定是一条等温水平线，一般发 生恒温反应（自由度为零）。在这条水平线上，存在三个 表示各平衡相的成分点（即单相区与水平线的接触点）， 其中两点位于水平线的两端。每条水平线上、下方必和三 个两相区连接 根据上述规律和热力学基本原理可以绘制一些二元相图或 判别二元相图的正确性
相区：L、L+、L+、 、
、 +
包晶点成分的结晶过程
第四-五节--二元共晶包晶相图剖析
1
2
α
β
4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 （1）伪共晶
伪共晶区具有不同的形状（对称或偏移）（下图）。
4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 （1）伪共晶
伪共晶区的形状与共晶两相的结晶速度有关。 二相结晶速度接近，同时结晶形成伪共晶组织，伪共晶区具有对称形态； 二相结晶速度相差较大，则结晶较快的相成为先共晶的初生相，使伪共晶区向结晶速度慢的一侧偏移。 二相结晶速度取决于二相成分与液相成分的差异。与液相成分接近的相具有较大的结晶速度，易形成先共晶的初生相。在共晶两相中，低熔点相易先结晶。
2 平衡凝固过程及组织 包晶反应时原子迁移示意图
2 平衡凝固过程及组织 （2）成分在d-p之间合金的结晶 室温组织：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。
2
包晶转变前： α相含量: Wα =2b/db > pb/db
3 共晶组织及其形成机理 （2）粗糙－平滑界面： 金属-非金属型 具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理 （2）平滑－平滑界面： 非金属-非金属型 一般认为具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理 （4）初生晶的形态： 金属固溶体：粗糙界面－树枝状； 非金属相：平滑界面－规则多面体。
第五节 二元包晶相图
包晶转变：由已结晶出来的一定成分的固相和剩余液相 （确定成分）反应生成另一个一定成分固相的转变。 包晶相图：具有包晶转变特征的相图。 特 点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶， 且发生包晶反应。 包晶组织：包晶转变产物。
M
2
E
剩余液相:WL=M2/ME =(30-19)/(61.9-19)=25.7%
1
（3）亚共晶合金(Wsn=0.3）室温组织α初＋ βⅡ+(α＋β)共晶
8.7包晶相图
三元相图
❖ 具有三相平衡的三元共晶相图 ❖ 具有三相平衡的三元包晶相图 ❖ 具有四相平衡的三元包共晶相图 ❖ 具有四相平衡的三元包晶相图 ❖ 三元相图举例
三相平衡的三元相图
❖ 由相律可知三元合金在三相平衡时，其自由度为1，所以温 度和三个平衡相的成分只有一个可以独立改变，即在温度一 定时三个平衡相的成分是一定的，温度改变时三个平衡相的 成分也随之改变，当一个相的成分被确定后，则温度和另外 两个相的成分就随之而定了。
可见合金应发生四相平衡包晶转变
在发生这一转变的前后，应发生 共晶转变
及
包晶转变
O点位于初晶的 液相面内，其初生相应为 。
综上所述，合金O的平衡凝固过程为：
由于O点位于L、 单变量线之间 转变结束后，L、 两相平衡
然后发生
转变
合金凝固后的组织应为单一的 相。
但因O点位于三角形a1b1c1内，所以在进行
包晶转变的L、 单变量线之间
,
,
初晶 的液相面内，同时还位于三角形
,
a1b1c1内，由此可以推断，此合金的凝
固顺序应为：
室温组织为初晶 ＋次生 ＋次生 。
总结：如何区分四相平衡的类型
1.四相平衡共晶转变平面
（1）四相平衡共晶转变的反应式为：L→α+β+γ。 （2）在立体图中四相平衡平面，其上面与三个三相平衡棱 柱衔接，下面与一个三相平衡棱柱衔接。图中带箭头的线分 别为平衡相的单变量线，也就是三棱柱的棱边。
而成分位于 bpc中的合金在
L r 反应后， 进入 L r 三相区
而成为位于ap线上的三元合金在凝固时 不发生三相平衡包晶转变。
(L , L r)
在匀晶转变 L 后
在Tp温度发生四相平衡包共晶转变
❖ 具有三相平衡的三元共晶相图 ❖ 具有三相平衡的三元包晶相图 ❖ 具有四相平衡的三元包共晶相图 ❖ 具有四相平衡的三元包晶相图 ❖ 三元相图举例
三相平衡的三元相图
❖ 由相律可知三元合金在三相平衡时，其自由度为1，所以温 度和三个平衡相的成分只有一个可以独立改变，即在温度一 定时三个平衡相的成分是一定的，温度改变时三个平衡相的 成分也随之改变，当一个相的成分被确定后，则温度和另外 两个相的成分就随之而定了。
可见合金应发生四相平衡包晶转变
在发生这一转变的前后，应发生 共晶转变
及
包晶转变
O点位于初晶的 液相面内，其初生相应为 。
综上所述，合金O的平衡凝固过程为：
由于O点位于L、 单变量线之间 转变结束后，L、 两相平衡
然后发生
转变
合金凝固后的组织应为单一的 相。
但因O点位于三角形a1b1c1内，所以在进行
包晶转变的L、 单变量线之间
,
,
初晶 的液相面内，同时还位于三角形
,
a1b1c1内，由此可以推断，此合金的凝
固顺序应为：
室温组织为初晶 ＋次生 ＋次生 。
总结：如何区分四相平衡的类型
1.四相平衡共晶转变平面
（1）四相平衡共晶转变的反应式为：L→α+β+γ。 （2）在立体图中四相平衡平面，其上面与三个三相平衡棱 柱衔接，下面与一个三相平衡棱柱衔接。图中带箭头的线分 别为平衡相的单变量线，也就是三棱柱的棱边。
而成分位于 bpc中的合金在
L r 反应后， 进入 L r 三相区
而成为位于ap线上的三元合金在凝固时 不发生三相平衡包晶转变。
(L , L r)
在匀晶转变 L 后
在Tp温度发生四相平衡包共晶转变
共晶、包晶、共析
量为50%。
根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图， 组元A的熔点为1000℃，组元B的熔点为 700℃，ωB=25%的合金在500℃结晶完毕， 并由73.33%的先共晶α相与26.67%的（α+ β） 共晶体组成； ωB=50%的合金在500℃结晶 完毕后，则由40%的先共晶α相与60%的 （α+ β）共晶体组成，而此合金中的α相总
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
形态不同，分属不同的组织组成物。 将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与
显微镜下观察到的组织一致。
Pb-Sn亚共晶组织
组织组成物在相图上的标注
3、二元包晶相图
当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，
并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图。
以Pt-Ag相图为例简要分析
⑴ 相图分析
由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。 形成二次相的过程称二次析出, 是固态相变的一种。
H
由 析出的二次 用Ⅱ 表示。 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Ⅱ的相对重量百分比为：QⅡ
F 4 100% FG
由于二次
相析出温
度较低，
室温下两相的相对重量百分比是多少？
E' G
FE'
Q
FG
,
Q
FG
Pb-Sn共晶合金组织
根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图， 组元A的熔点为1000℃，组元B的熔点为 700℃，ωB=25%的合金在500℃结晶完毕， 并由73.33%的先共晶α相与26.67%的（α+ β） 共晶体组成； ωB=50%的合金在500℃结晶 完毕后，则由40%的先共晶α相与60%的 （α+ β）共晶体组成，而此合金中的α相总
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
形态不同，分属不同的组织组成物。 将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与
显微镜下观察到的组织一致。
Pb-Sn亚共晶组织
组织组成物在相图上的标注
3、二元包晶相图
当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，
并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图。
以Pt-Ag相图为例简要分析
⑴ 相图分析
由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。 形成二次相的过程称二次析出, 是固态相变的一种。
H
由 析出的二次 用Ⅱ 表示。 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Ⅱ的相对重量百分比为：QⅡ
F 4 100% FG
由于二次
相析出温
度较低，
室温下两相的相对重量百分比是多少？
E' G
FE'
Q
FG
,
Q
FG
Pb-Sn共晶合金组织
相图与晶体生长PPT课件
（1）包晶反应体系配料成分的选择 ——应避开包晶点
配料成份选择在包晶反应温度与另一等温线之间的液 相线所相应的成分。
例如：在 SrNb2O6 －
NaNbO3 二 元 系 中 ，
生 长 Sr2NaNb5O15 单 晶体，其配料成分应
选择在含 55 － 67Mol
％ SrNb2O6 ，在 1415 －1453℃之间进行生 长。
讨论：
a. 溶质（B）使体系熔点降低： K0＜l 如 ： Nd3+ : YGA体系； b. 溶质（B）使体系熔点升高：K0＞1， 如红宝石：Cr3+:Al2O3体系; c. 对于同成份点， K0＝1。
晶体生长是动态过程，应该采用有效分凝系数Ke：
K0 Ke K 0 1 K 0 exp / D
当这些成分的液体冷却时，在熔点温度凝固成同液体成分 一样的固体，这就可以如同生长单质那样进行晶体生长。
（2）若偏离同成分点生长，温度波动将引起晶体成份的不 均匀性——影响物理性能 例如：铌酸锂与铌酸锶钡晶体的光学性能就是随着同成份点 准确测定而提高的。 LiNbO3 用 Raman 光谱 的方法准确测定其同成份 点含 Li2O 为 48.6mol ％，在 此配料所生长的晶体，其 光学均匀性比用理想配料 成 分 （ 50mol ％ Li2O ） 所 生长的晶体的光学均匀性 提高两个数量级
573℃ 1723℃
四方
1470℃
正交
867℃
－SiO2（立方）
－SiO2（三方，常用结构）
∴要生长 －SiO2，一般是在573℃以下，加NaCO3——水热法生长
再如: LiIO3，T<Tm=430℃, 有四个相：，，，， 欲生长低温的— LiIO3，水溶液法生长（蒸发法，起始温度50℃） 液HgI2
共晶相图及包晶相图-PPT
几种伪共晶区的形式
（3）离异共晶
① 离异共晶：由于非平衡 共晶体数量较少，通常共晶 体中α相依附于初生α相生 长，将共晶体中另一相β推 到最后凝固的晶界处从而使 共晶体两组成相间的组织特 征消失，这种两相分离的共 晶体称为离异共晶。
② 形成原因：不平衡条 件下，成分位于共晶线上两 端点附近。
平衡条件下，成分位于共 晶线上两端点附近。
• α、β相对量都可通过杠杆法则求出： Wα= (1.0-0.1)/(1.0-0.02)=91.8% Wβ= (0.1-0.02)/(1.0-0.02)=8.2%
含10%Sn量合金的平衡结晶的显微组织 500×
大家有疑问的，可以询问和交流 可以互相讨论下，但要小声点
(2) 共晶合金的平衡结晶
• (α该+β合)。金两发个生相共的晶相反对应量：：LE→αMα=MEN+/βMN,N恒β温N=进M行E，/M形N成共晶体
• 冷却曲线： • 结晶和组织转变过程：L→L+(α+β)→ (α +β)共
共晶反应＋脱溶转变
• 室温组织：(α+β)共 。 • 出组。织特征:片层交替分布，共晶(α+β)共中α、β相对量都可通过杠杆法则求
共晶反应完了时：Wα= EN/MN Wβ=ME/MN 室温时：Wα= (1.0-0.619)/(1.0-0.02)
匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变 • 室温组织：αⅡ+β, αⅡ、β的相对量可通过杠杆法则求出 。
开始包晶反应时: Wα=DC/PC＝57.2％ WL=PD/PC＝42.8％
室温时:WαⅡ=FD/EF Wβ=ED/EF
② 包晶点以右合金的平衡凝固 • 冷却曲线： • 结 晶 和 组 织 转 变 过 程 ： L→L+α→L+α+β
第四章 二元包晶相图
+ L
L+ L+
三个两相区：L+、L+、+ ；
一个三相区：即水平线PDC 。
LC P D
1186C
1、相图分析
(3) 点：A、B分别为Pt、Ag的熔点。 P、D分别为Ag在Pt中和Pt 在Ag 中的最大溶解度点 E、F分别为室温下Ag在Pt中和Pt 在Ag中的溶解度点
L
L+
2
当温度降低到1186℃时，发生包晶反 应前相的相对量计算（L和α） ：
+
L+
3、合金的结晶过程——b
⑵ Ⅱ合金（Ag含量在10.5%-42.4%）
2点以下： → Ⅱ
→ Ⅱ
Ⅱ
1
ⅠⅢ
L
L+
2
L+
室温组织：αⅠ+βII +β+αII
+
3、合金的结晶过程——c
+
3、合金的结晶过程——c
(3) Ⅲ合金（Ag含量在42.4%- 66.3% ） 2-3：剩余L →
Ⅰ
3-4： 3点以下： → Ⅱ
Ⅱ L+ ⅠⅢ
1 2 3
L
4
L+
室温组织：β+αII
+
(3) Ⅲ合金（Ag含量在42.4%- 66.3% ）
1点以上：L 1-2之间：L+ Ⅰ 2点： LC +αP ⇄βD
Ⅱ
L+
反应后L 剩余， 完全消耗掉
ⅠⅢ
1 2 3
L
当温度降低到1186℃时，发生包晶反 应前相的相对量计算（L和α） ：
L+ L+
三个两相区：L+、L+、+ ；
一个三相区：即水平线PDC 。
LC P D
1186C
1、相图分析
(3) 点：A、B分别为Pt、Ag的熔点。 P、D分别为Ag在Pt中和Pt 在Ag 中的最大溶解度点 E、F分别为室温下Ag在Pt中和Pt 在Ag中的溶解度点
L
L+
2
当温度降低到1186℃时，发生包晶反 应前相的相对量计算（L和α） ：
+
L+
3、合金的结晶过程——b
⑵ Ⅱ合金（Ag含量在10.5%-42.4%）
2点以下： → Ⅱ
→ Ⅱ
Ⅱ
1
ⅠⅢ
L
L+
2
L+
室温组织：αⅠ+βII +β+αII
+
3、合金的结晶过程——c
+
3、合金的结晶过程——c
(3) Ⅲ合金（Ag含量在42.4%- 66.3% ） 2-3：剩余L →
Ⅰ
3-4： 3点以下： → Ⅱ
Ⅱ L+ ⅠⅢ
1 2 3
L
4
L+
室温组织：β+αII
+
(3) Ⅲ合金（Ag含量在42.4%- 66.3% ）
1点以上：L 1-2之间：L+ Ⅰ 2点： LC +αP ⇄βD
Ⅱ
L+
反应后L 剩余， 完全消耗掉
ⅠⅢ
1 2 3
L
当温度降低到1186℃时，发生包晶反 应前相的相对量计算（L和α） ：
8.7包晶相图
A
c2
TB E1 E2TA 是 L 的开始面 TB a1a2TA 是 L 的终止面
Tc E1 E 2 是 L 的开始面
Tc b1b2 是 L 的终止面
中间面：有两个
a1
E1
E2
b1
a1E1E2a2是三相平衡共晶转 变开始面，当合金与该面 相交时开始发生 L
垂直截面图
由垂直截面图可以看出，四相平衡
面为一水平直线，在它以上有两个
三相区，L r 和 L
在四相平衡面下有两个三相区
，
r 和 L r
即为两上两下。
具有四相平衡的三元包晶相图
具有四相平衡包晶转变的三元 相图一般是由一对组元形成二 元共晶系，两对组元形成二元 包晶系，并且三相平衡共晶转
。
Q点位于三角形a'b'Pr'外，
共晶转变的L、a 单变量线之间
初晶 a 的液相面内，同时还位
于三角形a1b1c1内，由此可以
,
推断，此合金的凝固顺序应为:
室温组织为初晶 ＋共晶
＋次生
。
R点位于三角形a'b'Pr'外，
包晶转变的L、 单变量线之间
, ,
初晶 的液相面内，同时还位于三角形 a1b1c1内，由此可以推断，此合金的凝 固顺序应为：
a1
E1
E2
b1
转变的终止面，当合金与 该面相交时 L
b2
d2
B
c1
a2
d1 相的直纹面（即由各温度 C
因为它是由 和 相的单
液相消失。它也是 和
时 和 的连接线所组成） 变量线所构成。
包晶反应及其结晶过程课件
相区：L、L+、L+、 、
、 +
PPT学习交流
包晶点成分的结晶过程
2
包晶点成分的结晶过程
室温组织为
PPT学习交流
3
• 成分在d~p之间的结晶过
程
• 成分在p~b之间的结晶过
程
• 室温组织 （ d~p之间）：
+Ⅱ+Ⅱ
• p~b之间：+Ⅱ
PPT学习交流
共析反应
4
共析反应
• 定义：一定成分的固相 在某一恒温下分解成两 个成分与结构均不同的 固相的反应
d c e
共析点：d
共析线: cde
PPT学习交具流 有共析反应的二元合金相图
5
具有共析反应的二元合金相图
共析点 共析线 简述结晶过程
P二PT元学习系交流各类恒温转变、反应类型和相图特征
6
二元系各类恒温转变、反应类型和相图特征
PPT学习交流
关合 系金
的 使 用 性 能 与 相 图 的
7
合金的使用性能与相图的关系
• 根据上述规律和热力学基本原理可以绘制一些二元相图或判 别二元相图的正确性
PPT学习交流
指出下列相图中的错误之处
10
指出下列相图中的错误之处
PPT学习交流
11
复杂相图分析
• 稳定中间相可把相图分成几个部分 • 根据标注的单相区，根据相接触原则填写空白相
区 • 利用典型成分分析合金的结晶过程和组织转变，
• 相区接触法则：两个单相区之间，必有一个由这两个相所组 成的两相区，两个单相区不能以一条线分开；两个两相区以 单相区或三相区（水平线）隔开。
• 二元相图中的三相平衡区必定是一条等温水平线，一般发生 恒温反应（自由度为零）。在这条水平线上，存在三个表示 各平衡相的成分点（即单相区与水平线的接触点），其中两 点位于水平线的两端。每条水平线上、下方必和三个两相区 连接
、 +
PPT学习交流
包晶点成分的结晶过程
2
包晶点成分的结晶过程
室温组织为
PPT学习交流
3
• 成分在d~p之间的结晶过
程
• 成分在p~b之间的结晶过
程
• 室温组织 （ d~p之间）：
+Ⅱ+Ⅱ
• p~b之间：+Ⅱ
PPT学习交流
共析反应
4
共析反应
• 定义：一定成分的固相 在某一恒温下分解成两 个成分与结构均不同的 固相的反应
d c e
共析点：d
共析线: cde
PPT学习交具流 有共析反应的二元合金相图
5
具有共析反应的二元合金相图
共析点 共析线 简述结晶过程
P二PT元学习系交流各类恒温转变、反应类型和相图特征
6
二元系各类恒温转变、反应类型和相图特征
PPT学习交流
关合 系金
的 使 用 性 能 与 相 图 的
7
合金的使用性能与相图的关系
• 根据上述规律和热力学基本原理可以绘制一些二元相图或判 别二元相图的正确性
PPT学习交流
指出下列相图中的错误之处
10
指出下列相图中的错误之处
PPT学习交流
11
复杂相图分析
• 稳定中间相可把相图分成几个部分 • 根据标注的单相区，根据相接触原则填写空白相
区 • 利用典型成分分析合金的结晶过程和组织转变，
• 相区接触法则：两个单相区之间，必有一个由这两个相所组 成的两相区，两个单相区不能以一条线分开；两个两相区以 单相区或三相区（水平线）隔开。
• 二元相图中的三相平衡区必定是一条等温水平线，一般发生 恒温反应（自由度为零）。在这条水平线上，存在三个表示 各平衡相的成分点（即单相区与水平线的接触点），其中两 点位于水平线的两端。每条水平线上、下方必和三个两相区 连接
第三章(包晶相图)3-2
•即：两个单相区之间必定有一个由这两个相所组 成的两相区，两个两相区之间必须以单相区或三 相共存水平线隔开；
1.3找出三相共存水平线和与之接触的三个单相区， 确定平衡转变
1.4分析典型合金的结晶过程及组织。 1.4.1在两相区冷却时，每相成分沿相界线变化， 两相的相对量可由杠杆定律求出； 1.4.2在三相水平线上，各相成分一定，反应前或 反应后组成相的相对含量可由杠杆定律求出；
3、不平衡结晶及组织： •包晶偏析：由于包晶转变不能充分进行而产生 的化学成分不均匀现象。
•包晶转变的不平衡组织，可采用长时间的扩散 退火来减少或消除。
§3-7 其它类型的二元合金相图
1、组元间形成化合物的相图 形成稳定化合物的相图
2具有固态转变的二元合金相图：
2.1共析转变：由一个固 相同时析出成分和晶体结 构均不相同的两个新固相 的过程。
§3-6 包晶相图及其合金的结晶
包晶相图：两组元在液态相互无限溶解， 在固态相互有限溶解，并发生包晶转变 的二元合金系相图。例如：Pt-Ag、CuZn 相图；
1、相图分析：以 Pt-Ag相图为例；
1.1相图中的点： a点： Pt的熔点；点： Ag的熔点；e点：包晶点 1.2相图中的线： 液相线：adb线；固相线：aced线；
匀晶相图+共晶相图
2.2几个概念：
cde线为共析线，d点为共析点， 共析反应：
d c e
td
α+β叫做共析组织； 共析线所对应的温度叫做共析温度。
§3-8 二元相图的分析和使用
1、相图分析步骤： 1.1是否存在稳定化合物。 1.2熟悉单相区的相，再根据相接触法辨别其它相 区。
•原则：在二元相图中，相图内两个相邻相区的相 数差为1（点接触除外）；
1.3找出三相共存水平线和与之接触的三个单相区， 确定平衡转变
1.4分析典型合金的结晶过程及组织。 1.4.1在两相区冷却时，每相成分沿相界线变化， 两相的相对量可由杠杆定律求出； 1.4.2在三相水平线上，各相成分一定，反应前或 反应后组成相的相对含量可由杠杆定律求出；
3、不平衡结晶及组织： •包晶偏析：由于包晶转变不能充分进行而产生 的化学成分不均匀现象。
•包晶转变的不平衡组织，可采用长时间的扩散 退火来减少或消除。
§3-7 其它类型的二元合金相图
1、组元间形成化合物的相图 形成稳定化合物的相图
2具有固态转变的二元合金相图：
2.1共析转变：由一个固 相同时析出成分和晶体结 构均不相同的两个新固相 的过程。
§3-6 包晶相图及其合金的结晶
包晶相图：两组元在液态相互无限溶解， 在固态相互有限溶解，并发生包晶转变 的二元合金系相图。例如：Pt-Ag、CuZn 相图；
1、相图分析：以 Pt-Ag相图为例；
1.1相图中的点： a点： Pt的熔点；点： Ag的熔点；e点：包晶点 1.2相图中的线： 液相线：adb线；固相线：aced线；
匀晶相图+共晶相图
2.2几个概念：
cde线为共析线，d点为共析点， 共析反应：
d c e
td
α+β叫做共析组织； 共析线所对应的温度叫做共析温度。
§3-8 二元相图的分析和使用
1、相图分析步骤： 1.1是否存在稳定化合物。 1.2熟悉单相区的相，再根据相接触法辨别其它相 区。
•原则：在二元相图中，相图内两个相邻相区的相 数差为1（点接触除外）；
多相合金结晶包晶和偏晶ppt
多相合金结晶包晶和偏晶
xx年xx月xx日
多相合金概述多相合金的结晶过程多相合金的包晶转变多相合金的偏晶转变多相合金的结晶结构与性能关系多相合金的应用与发展趋势
contents
目录
01
多相合金概述
定义
多相合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的合金。
分类
多相合金通常分为均相合金和非均相合金两类。
包晶反应是指在一定温度下，一种固态金属与另一种液态金属相互作用，形成另一种固溶体的反应。
包晶反应的原理
当一种固态金属与另一种液态金属相互作用时，液态金属会溶解固态金属，并形成新的固溶体。这个过程需要一定的温度和时间。
包晶反应
偏晶反应是指在一定温度下，两种不同金属的熔融混合物在同一时间内凝固，形成两种不同的固相，其中一种为基体，另一种为分散相。
定义与分类
强化相
多相合金通过不同相的组合可以获得更好的力学性能和物理性能，如强度、硬度、韧性等。
功能材料
多相合金在许多领域中具有广泛的应用，如航空航天、电子、能源、医疗等。
多相合金的重要性
多相合金的研究始于20世纪初，早期主要集中在钢铁、铝合金等领域。
历史
随着材料科学和工程技术的不断进步，多相合金的研究和应用不断拓展，涉及的领域越来越广泛，如高强度轻质合金、功能材料等。同时，多相合金的制备技术也不断创新和发展，如喷射沉积、快速凝固等。
包晶转变的热力学条件
01
包晶转变通常发生在液态金属的液相线温度以上，固态金属的固相线温度以下。
02
热力学条件要求液态金属的自由能降低，以驱动包晶转变发生。
动力学过程包括液态金属原子的扩散和固态金属原子的溶解。
固态金属原子在液态金属中溶解并形成固溶体，同时释放出多余的能量。
共晶包晶相图PPT课件
Pt
Ag%
Ag 双相区L 、
Pt-Ag合金相图
L + 、
.
+ 44
二、包晶合金平衡结晶过程与室温组织
A 1 8 0 0
1600
1
1400
温1200 度
C 1186 D
10.5 42.4
1000
800
600
T/ ℃
L
1
P
66.3
D
B
+ Ⅱ
400
E0
20
40
60
Ag%
F 8 0
100
包晶合金的平衡结晶过程 .
液态l619共晶转变975二次结晶19两相相对量计算45195419971920pbsn共晶组织层片状21共晶合金22常见合金的共晶组织层片状alcual定向凝固灰铁短棒状或颗粒cucuo棒状或条状sbmnsb横截面螺旋状znmg针状zl102未变质23铅铋树枝状共晶组织cucup放射状共晶组织铝硅针状共晶组织铝钍螺旋状共晶组织pbsnwsnpbwsn183327550sn的亚共晶合金的结晶过程分析263亚共晶合金平衡结晶过程为
31
4)过共晶合金平衡结晶过程为：
t1温度以上：液态 L70 t1~ t2温度：液相中析出 ，L t2温度时发生共晶反应：L61.9 19 97.5 t2温度以下：初 Ⅱ 室温组织：初 + Ⅱ + （+）共晶
.
32
过共晶平衡组织(70% Sn 的Pb-Sn合金)
Ⅱ
初生 共晶()
.
33
温度，℃
t/s
WSn(%) 共晶合金结晶过程分析 . 16
2)共晶平衡结晶过程及室温平衡组织：
3 包晶相图 相图分析方法
Pt-Ag, Cu-Co, Pt-Re, Pt-W, Al-Ti, Pt-Ru MgSiO3-MnSiO3, CaSiO3-MnSiO3, FeOMnO
包晶相图
简单包晶相图
包晶相图
液 相
固相线 固溶线
线
相图分析
包晶相图
包晶转变
LC + α D → β P
在一定温度下，由一固定成分的液相与一个固定成分的 固相作用，生成另一个成分固相的反应，称为包晶转变。
合晶相图
• 两个成分一定的液相相互作用形成一个均匀固相的 恒温转变
其他相图
含有双液共存区的相图
其他相图
熔晶相图
熔晶转变：由一个 已结晶的固相在恒 温下转变为一个液 相和另一个固相。 即发生固相的再熔 现象。
其他相图
固溶体发生有序－无序 转变的相图
在一定成分范围内，高 温下形成的β是无序的； 低温发生有序化转变，即 β → β’ β’相为有序固溶体 （ Cu、Zn两种原子在晶 体中呈规则排列，类似于 化合物，又称为超结构）。
相图分析方法
示例——Ni-Be相图
共晶转变 L → α+ γ 共晶转变 L → γ+δ
共晶转变 L → δ + β(Be) 共析转变β(Βe) → δ+α(Βe)
注意事项
相图是在平衡条件下测定的，而实际中的 很少能达到平衡状态。 相图不能给出相的形状、大小和分布。 相图可能存在误差和错误。
β+αⅡ
包晶相图
包析转变相图
由两个一定成分的 固相，在恒温下转 变成另一个一定成 分的固相的过程。
Fe-B相图
包析线：
• 910℃水平线
匀晶相图、共晶相图、包晶相图
许多合金系都具有包晶转变，例如Pt-Ag、Sn-Ag、 Cd-Hg、Cu-Zn、Cu-Sn等。Pt-Ag合金相图是一种 比较简单的包晶相图，下面以此为例进行分析。
2、相图分析
1717820A0
1600
1400
温 度
1200
1000
800
600
400
0E
Pt
点：D
L
C 1186
D
10.5
42.4
+
Ma/Mb =(Cb-C)/（C-Ca）
1000
若M=Ma+ Mb为已知量，那么， 900
两相的绝对含量为：
800 0
Ca
Cb
20
40 C
60
80
100
Ma=(Cb-C) /（Cb-Ca）
Ni
W (%)
Cu
Cu
Mb=(C-Ca) /（Cb-Ca）
Ca
C
Cb
Ma
Mb
三、平衡结晶与非平衡结晶
平衡结晶：在结晶过程中，原子的扩散在固
后结晶出来的，含A元素少
先结晶出来的，含A元素多
富Cu 相 富Ni 相
Cu-Ni合金晶内偏析的组织
非平衡结晶
晶内偏析
1500
L
1400
塑性、韧性下降，易引起 1300
晶内腐蚀，热加工困难
1200
+ L
1100
扩散退火
1000
900
800 0 Ni
加热温度范围
20
40
60
80
100
W (%)
Cu
+ Ⅱ
G
30 40 50 60 70 80 90 100
2、相图分析
1717820A0
1600
1400
温 度
1200
1000
800
600
400
0E
Pt
点：D
L
C 1186
D
10.5
42.4
+
Ma/Mb =(Cb-C)/（C-Ca）
1000
若M=Ma+ Mb为已知量，那么， 900
两相的绝对含量为：
800 0
Ca
Cb
20
40 C
60
80
100
Ma=(Cb-C) /（Cb-Ca）
Ni
W (%)
Cu
Cu
Mb=(C-Ca) /（Cb-Ca）
Ca
C
Cb
Ma
Mb
三、平衡结晶与非平衡结晶
平衡结晶：在结晶过程中，原子的扩散在固
后结晶出来的，含A元素少
先结晶出来的，含A元素多
富Cu 相 富Ni 相
Cu-Ni合金晶内偏析的组织
非平衡结晶
晶内偏析
1500
L
1400
塑性、韧性下降，易引起 1300
晶内腐蚀，热加工困难
1200
+ L
1100
扩散退火
1000
900
800 0 Ni
加热温度范围
20
40
60
80
100
W (%)
Cu
+ Ⅱ
G
30 40 50 60 70 80 90 100
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L1 L2 557c
22
（4）共析转变相图
由一个一定成分 的固相，在恒温 下同时转变成另 外两个一定成分 的固相的过程， 称为共析转变。
Ti 590o C (Ti)
Fe-Ti相图 23
（5）包析转变相图
由两个一定成分 的固相，在恒温 下转变成另一个 一定成分的固相 的过程，称为包 析转变。
Ⅵ.共析转变
Ⅶ.共析转变
35
Ⅷ.包析转变
Ⅸ.包析转变
Ⅹ.熔晶转变
L
Ⅺ. 共晶转变
L
36
应用相图要注意的问题 相图只能给出合金在平衡条件下存在的相和相
对量，并不表示相的形状、大小和分布，而这 些主要取决于相的特性及形成条件。 相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条件 下，合金很少能达到平衡状态。
根据相区接触法则，区别各相区。 找出恒温转变的水平线，根据水平线周围相邻的相区
情况确定恒温转变的类型。这是分析相图的关键。 利用相图分析典型合金结晶过程及组织。
33
I. 包晶转变
L
Ⅱ.包晶转变
L
Ⅲ.包晶转变
L
34
Ⅳ.共析转变
Ⅴ.共析转变
包晶反应时原子迁移示意图
17
由于包晶转变时，L和α相中的A、B组元的扩散 都必须通过β相进行，而原子在固相中的扩散速度 很慢，因此包晶转变的速度也相当慢，所以在实 际生产条件下，由于冷却速度较快，原子不能进 行充分扩散，因此包晶转变也不能充分进行。
18
3.7 其他类型的二元相图
1.其他类型的恒温转变相图 (1).偏晶相图
CED---偏晶线，E—偏晶点
偏晶反应：L1E
αC+L2D
20
（2）熔晶转变相图
熔晶转变相图 熔晶转变是一个固 相转变为另一个固 相和一个液相的恒 温转变。
13810C L
Fe-B相图 21
（3）合晶转变相图 由两个一定成分的液相L1和L2，在恒温下转变为一 个一定成分的固相的过程，称为合晶转变。
两组元在液态无限溶解， 在固态有限固溶，并且 发生包晶反应的相图， 称为包晶相图。
L
4
(1) 相图分析
Pt-Ag相图 5
点 A点、B点、C点 D点、P点、E点\F
线 ACB线为液相线 APDB线为固相线 CDP线是包晶转变线,PE线为Ag在Pt中的固溶 度曲线 DF线为Pt在Ag中的固溶度曲线
25
Mg-Si相图
26
27
（3）组元间形成不稳定化合物的相图 不稳定化合物是指两组元形成的没有明显熔点，
并在一定温度就发生分解的化合物。
28
二元系各类恒温转变图型
29
30
31
3.8 二元相图的分析和使用
32
复杂二元相图的分析步骤
对于一个复杂的二元相图，首先看是否有稳定的化合 物，如果有则以稳定化合物为界把相图划分成几个简 单相图再进行下一步分析。
Fe2B 910o C
Fe-B相图
24
2 .组元间形成稳定化合物的相图 稳定化合物是指两组元形成的具有一定熔点，并
在熔点以下保持固有结构不发生分解的化合物。 Mg-Si相图就是具有稳定化合物的相图，当含Si
36.6%时，Mg-Si形成稳定化合物Mg2Si，其熔点 为1087℃。
19
偏晶相图
组元的原子体积或熔点差别较大的合金体系中， 合金系在接近结晶温度时，液相不完全互溶，甚至 互不溶解。在形成有限液溶体的合金体系中，结晶 时常常出现偏晶反应。 虚线EOD是液相溶解度曲线，
在此曲线以上液相是均一的，在 此曲线以下液相分解成两个液溶 体L1和L2。L1的成分沿OE线变化， L2的成分沿OD线变化。
11
L 匀晶 L多 包晶 L多 匀晶 脱溶 II
12
Hale Waihona Puke 13 10.5%<Ag<42.4%的Pt-Ag合金
Pt-Ag相图
14
L 匀晶 L多 包晶 多 脱溶 II II
15
16
（4）具有包晶转变的合金的不平衡凝固
39
思考题
2.实际生产中包晶转变难以进行完全的原因是： A 实际生产时金属的冷却速度大； B 包晶转变受固态中原子扩散速度慢的影响； C 包晶转变是恒温转变，实际生产时不能提供恒温条件。
答案：AB 这两条都是在实际生产中包晶转变不能充分进行的原因 。
40
41
由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。
1
共晶系合金一般以共晶点为界进行分类，可以分为：
Sn<19.2%和Sn>97.5% 的合金可以看作是匀晶合金
共晶合金 亚共晶合金 过共晶合金
2
3
3.6 包晶相图
由一个液相与一个固相 在恒温下生成另一个固 相的转变称为包晶晶转 变。
37
本节要点
概念：包晶转变、共析转变、偏晶转变、 熔晶转变、合晶转变、包析转变
包晶合晶的凝固过程 复杂二元相图的分析
下节内容：包晶相图
38
思考题
1. 和二元共晶转变一样，二元包晶转变也是恒温转 变。 A是 B否
答案：A 二元系的包晶转变是恒温转变。这可以通过相律计算， 此时系统的自由度为0
6
相区 单相区 两相区 三相线
Pt-Ag相图
7
（2）Pt-Ag合金的平衡凝固 含42.4%Ag的Pt-Ag合金
Pt-Ag相图
8
L 匀晶转变 L多 包晶转变 脱溶转变 II
9
10
42.4%<Ag<66.8%的Pt-Ag合金
Pt-Ag相图
22
（4）共析转变相图
由一个一定成分 的固相，在恒温 下同时转变成另 外两个一定成分 的固相的过程， 称为共析转变。
Ti 590o C (Ti)
Fe-Ti相图 23
（5）包析转变相图
由两个一定成分 的固相，在恒温 下转变成另一个 一定成分的固相 的过程，称为包 析转变。
Ⅵ.共析转变
Ⅶ.共析转变
35
Ⅷ.包析转变
Ⅸ.包析转变
Ⅹ.熔晶转变
L
Ⅺ. 共晶转变
L
36
应用相图要注意的问题 相图只能给出合金在平衡条件下存在的相和相
对量，并不表示相的形状、大小和分布，而这 些主要取决于相的特性及形成条件。 相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条件 下，合金很少能达到平衡状态。
根据相区接触法则，区别各相区。 找出恒温转变的水平线，根据水平线周围相邻的相区
情况确定恒温转变的类型。这是分析相图的关键。 利用相图分析典型合金结晶过程及组织。
33
I. 包晶转变
L
Ⅱ.包晶转变
L
Ⅲ.包晶转变
L
34
Ⅳ.共析转变
Ⅴ.共析转变
包晶反应时原子迁移示意图
17
由于包晶转变时，L和α相中的A、B组元的扩散 都必须通过β相进行，而原子在固相中的扩散速度 很慢，因此包晶转变的速度也相当慢，所以在实 际生产条件下，由于冷却速度较快，原子不能进 行充分扩散，因此包晶转变也不能充分进行。
18
3.7 其他类型的二元相图
1.其他类型的恒温转变相图 (1).偏晶相图
CED---偏晶线，E—偏晶点
偏晶反应：L1E
αC+L2D
20
（2）熔晶转变相图
熔晶转变相图 熔晶转变是一个固 相转变为另一个固 相和一个液相的恒 温转变。
13810C L
Fe-B相图 21
（3）合晶转变相图 由两个一定成分的液相L1和L2，在恒温下转变为一 个一定成分的固相的过程，称为合晶转变。
两组元在液态无限溶解， 在固态有限固溶，并且 发生包晶反应的相图， 称为包晶相图。
L
4
(1) 相图分析
Pt-Ag相图 5
点 A点、B点、C点 D点、P点、E点\F
线 ACB线为液相线 APDB线为固相线 CDP线是包晶转变线,PE线为Ag在Pt中的固溶 度曲线 DF线为Pt在Ag中的固溶度曲线
25
Mg-Si相图
26
27
（3）组元间形成不稳定化合物的相图 不稳定化合物是指两组元形成的没有明显熔点，
并在一定温度就发生分解的化合物。
28
二元系各类恒温转变图型
29
30
31
3.8 二元相图的分析和使用
32
复杂二元相图的分析步骤
对于一个复杂的二元相图，首先看是否有稳定的化合 物，如果有则以稳定化合物为界把相图划分成几个简 单相图再进行下一步分析。
Fe2B 910o C
Fe-B相图
24
2 .组元间形成稳定化合物的相图 稳定化合物是指两组元形成的具有一定熔点，并
在熔点以下保持固有结构不发生分解的化合物。 Mg-Si相图就是具有稳定化合物的相图，当含Si
36.6%时，Mg-Si形成稳定化合物Mg2Si，其熔点 为1087℃。
19
偏晶相图
组元的原子体积或熔点差别较大的合金体系中， 合金系在接近结晶温度时，液相不完全互溶，甚至 互不溶解。在形成有限液溶体的合金体系中，结晶 时常常出现偏晶反应。 虚线EOD是液相溶解度曲线，
在此曲线以上液相是均一的，在 此曲线以下液相分解成两个液溶 体L1和L2。L1的成分沿OE线变化， L2的成分沿OD线变化。
11
L 匀晶 L多 包晶 L多 匀晶 脱溶 II
12
Hale Waihona Puke 13 10.5%<Ag<42.4%的Pt-Ag合金
Pt-Ag相图
14
L 匀晶 L多 包晶 多 脱溶 II II
15
16
（4）具有包晶转变的合金的不平衡凝固
39
思考题
2.实际生产中包晶转变难以进行完全的原因是： A 实际生产时金属的冷却速度大； B 包晶转变受固态中原子扩散速度慢的影响； C 包晶转变是恒温转变，实际生产时不能提供恒温条件。
答案：AB 这两条都是在实际生产中包晶转变不能充分进行的原因 。
40
41
由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。
1
共晶系合金一般以共晶点为界进行分类，可以分为：
Sn<19.2%和Sn>97.5% 的合金可以看作是匀晶合金
共晶合金 亚共晶合金 过共晶合金
2
3
3.6 包晶相图
由一个液相与一个固相 在恒温下生成另一个固 相的转变称为包晶晶转 变。
37
本节要点
概念：包晶转变、共析转变、偏晶转变、 熔晶转变、合晶转变、包析转变
包晶合晶的凝固过程 复杂二元相图的分析
下节内容：包晶相图
38
思考题
1. 和二元共晶转变一样，二元包晶转变也是恒温转 变。 A是 B否
答案：A 二元系的包晶转变是恒温转变。这可以通过相律计算， 此时系统的自由度为0
6
相区 单相区 两相区 三相线
Pt-Ag相图
7
（2）Pt-Ag合金的平衡凝固 含42.4%Ag的Pt-Ag合金
Pt-Ag相图
8
L 匀晶转变 L多 包晶转变 脱溶转变 II
9
10
42.4%<Ag<66.8%的Pt-Ag合金
Pt-Ag相图