第三章 共晶相图及其结晶

1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(17) 例题4.3.2 共晶反应如下：
LwB=0.75==αwB=0.15 +β wB=0.95
求(1)wB=0.50的合金凝固后， α初与共晶体(α+ β)的相对量；
α相与 β相的相对量。 (2)若共晶反应后β初和(α+ β)共晶各占一半，问合金成分 如何。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(29)
Cu-Pb二元相图
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(30)
(3)熔晶相图 • 熔晶转变：一定温度时，从一个固相分解成一个 液相和另一个固相的反应。 反应式：δ γ+L 图形特点： γ δ
L
• 相图实例；Fe-B，Fe-S，Cu-Sb
1
2
3
5
6
7
8
9
(38)
①相邻相区的相数差1（点接触除外）－相区接触 法则；
②三相区的形状是一条水平线，其上三点是平衡相 的成分点。
③若两个三相区中有2个相同的相，则两水平线之 间必是由这两相组成的两相区。 ④单相区边界线的延长线应进入相邻的两相区。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
共晶、包晶、共析反应图型与反应式比较
先共晶相
1 2 3
共晶组织
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
（五） 合金的组织构成
A
(9)
成分在F~G之间的合 金均由 α+β相构成； 但不同合金中两相的形 成过程与形貌各不相同。 F
C
E
D
B
G
亚共晶合金： α (α先共晶和α共晶)
1 2 3 5
+
β (βⅡ和β共晶)
共晶合金与过共晶合金呢？
6 7 8 9
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(47)
作
业
• 1、 解释下列名词： 合金 组元 相 组织
1 2 3 5
α
6
7
8
9
2013-7-28
4
二、包晶合金的平衡凝固和组织
（一）
(20)
ωAg=0.424的Pt-Ag合金
• 结晶过程： • 包晶转变机理：
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(21)
（二）其他包晶合金的平衡凝固
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
三、 包晶合金的非平衡凝固和组织
X越大，热裂倾向越大（因 为液固两相共存的温区大）。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(44)
（三） 锻造、压力加工及切削加工性能
单相固溶体的锻造与压力加工性能较佳， 但切削加工性能不好； 合金为两相混合物时，切削加工性能较好， 但锻造与压力加工性能较差。 总体： 单相固溶体不宜制作铸件而适于承受压力 加工；铸造材料应当选用共晶体尽可能多的合 金
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(18) 例题4.3.3:WB=40%的合金定向凝 固，液-固界面平直，液相成分始 终保持均匀，固相中扩散忽略。 (1)求凝固后金属棒中共晶体的相 对量。 (2)求平衡凝固后共晶体的相对量
Cs k 0 c0 (1 z / L)
k 0 1
1
2
3
5
6
7
8
9
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
二、 具有三相平衡恒温转变的其他二元相图
具有三相平衡恒温转变的其他二元相图 恒温反应类型：分解型，合成型 （一）分解型恒温转变相图 (1)具有共析转变的相图 • 共析转变：由一个固相在恒温下转变为另外两个固相。 反应式：γ α+β 图形特点：
(26)
α
γ
β
• 共析组织：共析转变产物，为两相交替排列的混合物， 比共晶组织细密。 • 相图实例：铁碳相图
(14)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(15)
（二） 离异共晶 • 离异共晶：两相分离 的共晶。 • 条件：成分远离共晶 点，初晶相对量很多。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(16) 例题4.3.1 按下列数据，作出A-B二元共晶相图。 (1)tA>tB（ tA，tB分别为组元A、B的熔点） (2)LwB=0.6==αwB=0.10 +β wB=0.95 (3)B在A中的溶解度随温度的下降而减少，温室是为0.03B；A 在B中的溶解度不随温度变化。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
例
题
(24)
例题2： (1)水平线上反应 的性质。 (2)各区域的组织 组成物。 (3)合金Ⅰ、Ⅱ的 冷却过程 (4)合金Ⅰ、Ⅱ室 温时组织组成 物的相对质量 表达式。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
第七节 其他类型的二元合金相图
(25)
一、形成化合物的二元相图 • 稳定化合物：有固定的熔点，熔点以下保持固有的结 构而不发生分解。 • 不稳定化合物：加热至一定温度时发生分解。
(39)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
一、 相图分析步骤
• 相图分析步骤
(40)
① 以稳定的化合物分割相图；
② 确定各点、线、区的意义；
③ 分析具体合金的结晶过程及其组织变化。
注：虚线、点划线的意义－尚未准确确定的数据、磁学 转变线、有序－无序转变线。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
（一） 复杂二元相图的分析方法
2013-7-28
4
(10)
各成分合金的组织构成
A
E B
C
D
αⅠ αⅠ+βⅡ
F
G
βⅠ+αⅡ
α先共晶+βⅡ +(α+β)共晶
1 2 3 5
(α+β)共晶
β先共晶+αⅡ +(α+β)共晶
8 9
2013-7-28
6
7
4
三、 共晶组织及其形成机理
• 基本特征：两相交替排列 • 分类： 粗糙-粗糙界面（金属-金属型）共晶 粗糙-平滑界面（金属-非金属型）共晶 平滑-平滑界面（非金属-非金属型）共晶
4
(1) • 共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固 相的转变。 LE==αM+βN L • 共晶相图：具有共晶转变特征的相图。 α β 液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。 • 共晶组织：共晶转变产物。（是两相或多相的机械混合物） • Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi 等合金系相图都是二元共晶 相图
(22)
• 包晶偏析：由于包晶转变不完全性而产生的组织变化 与成分偏析现象。 • 措施：扩散退火
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
例
题
(23)
例题1： 一种由 WSiO2=0.90与 WAl2O3=0.10所 组成的物质，从 1800℃以极其缓 慢的速率冷却至 1400 ℃，问在 冷却过程中总共 有哪几种相出现？
αF
注意： (1) 共晶转变产物(α+β) 多相邻间隔协同长大， 称为共晶体或共晶组织；
(2)共晶体中随后析出的二次相多依附于原共 晶体生长，故往往观察不到。
1 2 3 5
6
7
8
9
2013-7-28
4
（三） 亚共晶合金
结晶过程： L α初 L α+β α βⅡ β αⅡ 室温组织： α初+(α+β)共+β Ⅱ
2013-7-28
4
第六节 包晶相图及其合金的结晶
(19)
• 包晶转变：一定温度下，由特定成分的固相与确定成 分的液相发生反应生成另一种特定成分的固相的转变。 • 包晶相图：两组元液态无限互溶，固态有限互溶并具 有包晶转变的相图。 • 图形特点：
L β Lp+αc = βD 一、相图分析 点： 线： 区：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
(41)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
二 相图与合金 性能之间的关系
（一）机械性能和 物理性能 固溶体强硬度较 纯金属高 共晶成分附近 性能突变
(42)
线性
纯金属导电性较 固溶体高
1 2 3 5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(43) （二）根据相图判断合金的 铸造性能 铸造性能：根据液固相线 之间的距离X X越大，成分偏析越严重 （因为液固相成分差别大）； X越大，流动性越差（因为 枝晶发达）；
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(5) 共晶成分 A
Ⅰ
C E D B
F
G
E : 共晶点(包含共晶的成分与温度) 共晶转变式：LE → αC+ βD
1 2 3 5
6
7
8
9
2013-7-28
4
实际转变过程复杂：
A
(6)
L
B
Ⅰ
C
E D
αC
+
LE
βD
αC→αF+βG
F
βD→βG+αF + βG β
G
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(33)
(2)合晶相图 • 合晶转变：一定温度下，两个液相相互作用形成一个 固相的转变。 反应式：L1+L2 β
图形特点： L1
β L2
• 相图实例：Na-Zn
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(34)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
三、 具有无序-有序转变相图
(11)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(12)
（一） 粗糙-粗糙界面（金属-金属型）共晶 • 类型：金属-金属共晶、金属-金属间化合物共晶 • 特点：形态简单规则 • 形成机理：两相交替形核长大 • 片层厚度：相邻两相单片厚度 之和。过冷度大，R大，层片薄。
kR

1 2
• 形态：取决于两相的体积分 数和相界面的比界面能。 一相的体积分数小于30%，且比界面能较高时，易 形成棒状共晶。 一相的体积分数在30%~50%时，利于形成层片状。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(45) 塑性加工性能：选择具有单相固溶体区的合金。 热处理性能：选择具有固态相变或固溶度变化的合金
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
第三章 相图 总结
(46)
1. 相、相律（f=c-p+1）、杠杆定律 2. 二元匀晶相图分析及平衡凝固、非平衡凝固（微 观偏析,宏观偏析），成分过冷及对固溶体生长 形态的影响 3. 二元共晶相图分析及平衡凝固，共晶组织、伪 共晶、离异共晶 4. 二元包晶相图分析及平衡凝固，包晶反应机理。 5. 二元相图类型及分析方法 6. 铁碳相图分析，铁碳合金组织及性能 7、铸锭的组织、偏析
1 2 3 5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(13)
第 三 节 二 元 共 晶 相 图
（二） 粗糙-平滑界面（金属-非金属型）共晶 • 特点：形态不规则
（三） 平滑-平滑界面共晶 特点：形态很不规则
1 2 3 5
6
7
8
9
2013-7-28
4
四、 共晶系合金的非平衡凝固和组织
（一） 伪共晶组织 • 伪共晶：由非共晶成分的合金所 得到的完全共晶组织。 • 形成原因：不平衡结晶；成分位 于共晶点附近。 • 伪共晶区的位置：与共晶两相的 结晶速度有关。偏向晶体结构复 杂及具有平滑界面的相的一边。
第五节 共晶相图及其合金的结晶
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
一、 相图分析
液相线: AEB ； 固相线: ACEDB 固溶体溶解度线： FC, GD 共晶线： CED 水平线； 共晶点：E 点
A
(2) B
C
E
D
F
G
相 区： 单相区 ：L、α、β 两相区： L+α、L+β、α+β 三相区： L+α+β 共晶转变式： LE αM + βN
(35)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
四、 具有同素异晶转变的相图
(36)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(37)
例4.5.1 分析WSn=0.2 的合金的平衡结晶 过程，说明室温相 组成物及组织。
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
第八节 二元相图的分析和使用
• 二元相图中的几何规律
(7)
亚共晶成分： C~E 亚共晶转变式： L → αc + (αC +βD)
先共晶相
1 2 3 5
共晶体(组织)
6 7 8 9
2013-7-28
4
（四） 过共晶合金
结晶过程： L β初 L α+β α βⅡ β αⅡ 室温组织： β初+(α+β)共+ α Ⅱ
(8)
过共晶成分： E~D 过共晶转变式： βD + (αC +βD)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
铁碳相图
(27)
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(28)
(2)偏晶相图 • 偏晶转变：一定温度下从一定成的一种液相中分解 出一个固相与另一种成份的液相，且固相的相对量 总是偏多的转变。 反应式：L1 L2+α
图形特点： α
L1 L2
• 相图实例：Cu-Pb，Cu-O，Mn-Pb，Cu-S
1 2 3 5
6
7
8
9
2013-7-28
4
二、 共晶系合金的平衡凝固和组织
（一） 端部固溶体合金
(3)
结晶过程： L α(匀晶) α βⅡ(脱溶)
室温组织：
α +βⅡ
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(4)
（二） 共晶合金(ωSn=0.619)
结晶过程： L α+β α βⅡ β αⅡ 室温组织： 共晶体（共晶组 织）：(α+β)共
2013-7-28
4
(31)
Fe-B二元相图
1
2
3
5
6
7
8
9
2013-7-28
4
(32)
（二）合成型恒温转变相图 (1)具有包析转变的相图 • 包析转变：一定温度时，有两个一定成份的固相生成 另一个一定成分的固相的转变。 反应式： β + α γ 图形特点： β
γ
α
• 相图实例：Fe-B，Fe-Sn，U-Si，Al-Cu