《材料科学基础》PPT课件

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w（Cu）为35%的Sn-Cu合金冷却到415℃时发生L+ε→η的包晶转变，如图 7.35（a）所示，剩余的液相冷却227℃又发生共晶转变，所以最终的平 衡组织为η+（η+Sn）。而实际的非平衡组织（见图7.35（b））却保留相 当数量的初生相ε（灰色），包围它的是η相（白色），而外面则是黑色 的共晶组织。
Pt等。
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图7.30所示的PT-AG相图是具 有包晶转变相图中的典型代 表
图中ACB是液相线，AD，PB是固相线，DE是Ag在Pt为基的α固溶体的 溶解度曲线，PF是Pt在Ag为基的β固溶体的溶解度曲线。水平线DPC是包晶转变 线，成分在DC范围内的合金在该温度都将发生包晶转变：
LC+αD βP 包晶反应是恒温转变，图中P点称为包晶点
室温平衡组织 为:β+αⅡ
合金Ⅱ缓慢冷至包晶转变前的结晶过程与上述包晶成分合金相同，由于合金Ⅱ中的液相 的相对量大于包晶转变所需的相对量，所以包晶转变后，剩余的液相在继续冷却过程中， 将按匀晶转变的方式继续结晶出β相，其相对成分沿CB液相线变化，而β相的成分沿PB线 变化，直至t3温度全部凝固结束，β相成分为原合金成分。在t3至t4温度之间，单相β无 任何变化。在t4温度以下，随着温度下降，将从β相中不断析出αⅡ。
第七章 二元系相图及其合金的凝固
制作人:李凌锋 080207022
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7.3.3包晶相图及其合金凝固
1.包晶相图 2.包晶合金的凝固及其平衡组织 3.包晶合金的非平衡凝固 7.3.4溶混间隙相图与调幅分解
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ONE.包晶相图
包晶转变定义：
组成包晶相图的两组元，在液态可无限互溶， 而在固态只能部分互溶。在二元相图中， 包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反 应形成另一固相的恒温转变。具有包晶转 变的二元合金有Fe-C，Cu-Zn，Ag-Sn，Ag-
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在大多数情况下，由包晶反应所形成的β相 倾向于依附相α得表面形核，以降低形核功， 并消耗液相和α相而生长。当α相被新生的β 相包围以后，α相就不能直接与液相接触。 由图7.30可知，液相中的Ag含量较β相高， 而β相得Ag含量又比α相高，因此，液相中 Ag原子不断通过β相向α相扩撒，这一过程 示于图7.32中。这样，β相同时向液相和α相 方向生长，直至把液相和α相全部吞食为止。 由于β相是包围初生相α，并使之与液相隔 开的形式下生长的，故称之为包晶反应。
两相得相对含 量由杠杆法则 求得
初生相α的成分达到D点，液相成分达到C点。
W（L）=DP/DC×100%=
包晶转变结束后，液相和α相反应正好全部转变成β固 体。
随着温度继续下降，由于Pt在β相中的溶解度随温度的降低而沿PF线减小，因此将不断
从β固溶体中析出αⅡ。于是该合金的室温平衡组织为β+αⅡ，凝固过程如图7.31所示。
与非平衡共晶组织一样，包晶转变产生的非平衡组织可以通过扩散退火消 除。
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7.3.4 溶混间隙相图与调幅分解
在不少的二元合金相图中有溶混间隙（miscibility gap），如Cu-Pb，Cu-Ni， Cu-Mn和二元陶瓷合金中的Ni-CoO，SiO2-Al2O3等。图7.10（f）中的溶混 间隙显示了两种液相不相混溶性。溶混间隙也可出现在某一单相固溶区 内，表示该单相固溶区在溶混间隙内将分解为成为不同而结构相同的二 相。总之，溶混间隙转变可写成L→L1+L2，或α→α1+α2，后者在转变为二 相中，其转变方式可有两种：一种是通常的形核长大方式，需要克服形 核能垒；另一种是通过没有形核阶段的不稳定分解，称为调幅分解 （spinodal decomposition）。
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另外，某些原来不发生包 晶反应的合金，如图7.36 中的合金Ⅰ，在快冷条件 下，由于初生相α凝固时 存在枝晶偏析而使剩余的 液相和α相发生包晶反应， 所以出现了某些平衡状态 下不应出现的相
应该指出，上述包晶反应不完全性主要与新相β包围α相的生长方式有关。因 此，当某些合金（如Al-Mn）的包晶相单独在液相中形核和长大时，其包晶转 变可迅速完成。包晶反应的不完全特性，特别容易在那些包晶转变温度较低 或原子扩散速率小的合金中出项。
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TWO.包晶合金的凝固及其平 衡组织
α.w（Ag）为42.4%的Pt-Ag合金（合金Ⅰ）
开始反应时的
由图7.30可知，合金自高温液态冷至t1温度时与液相线相交， 开始结晶出初生相α。在继续冷却的过程中，α固相量逐渐增 多，液相量不断减少，α相和液相的成分分别沿固相线AD和 液相线AC变化。当温度降至包晶反应温度1186℃时，合金中
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c.10.5%﹤w（Ag） ﹤42.4%的pt-Ag合金（合金Ⅲ）
室温平衡组织为： α+β+α Ⅱ+β Ⅱ
合金Ⅲ在包晶反应前的结晶情况与上述情况相似。包晶转变 前合金中的α相的相对量大于包晶反应所需的量，所以在包晶 反应后，除了新形成的β相外，还有剩余的α相存在。包晶温 度下，β相中将析出αⅡ，α相中HERE.包晶合金的非平衡凝固
如前所述，包晶转变的产物β相包围着初生相α，使液相与α相隔开， 阻止了液相和α相中的原子之间直接地相互扩撒，而必须通过β相， 这就导致了包晶转变的速度往往是极缓慢的，显然，影响包晶转变 能否继续完成的主要矛盾是所形成新相β内的扩散速度。
实际生产中的冷速较快，包晶 反应所依赖的固体中原子扩散 往往不能充分进行，导致包晶 反应的不完全性，即在低于包 晶温度下，将同时存在参与转 变的液相和α相，其中液相在 继续冷却过程中可以直接结晶 出β相或参与其他反应，而α相 仍保留在β相得芯部，形成包 晶反应的非平衡组织。
也有少数情况，比如α-β间表面能很大，或过冷度较大，β相可能 不依赖初生相α形核，而是在液相中直接形核，并在生长过程中α， β，液相三者始终相互接触，以至通过α和液相的直接反应来生成 β相。显然，这种方式的包晶反应速度比上述方式快得多。
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b.42.4%﹤w（Ag） ﹤66.3%的Pt-Ag合金（合金Ⅱ）