相图

100 %
f
mg 100 % fg
实际αm不是100％，而是 m
en 100% mn
最终得到的α＋ βⅡ的相对量为
II
mf fg
100 % m
mg fg
100 % m
40
请思考有没有其他的 计算方法
问题：用下式计算βⅡ？
m
en mn
100%
f
2n 100% mn
41
3 亚共晶合金 ① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。
k0=Cs/Cl
17
18
3 溶质分布： 液、固相内溶质完全混合（平衡凝固）－a; 固相不混合、液相完全混合－b; 固相不混合、液相完全不混合－c； 固相不混合、液相部分混合－d。
19
20
4 区域熔炼（上述溶质分布规律的应用）
21
5 成分过冷及其对晶体生长形态的影响 1) 成分过冷：由成分变化与实
际温度分布共同决定的过冷。 2) 形成：界面溶质浓度从高
到低－液相线温度从低到高。 （图示：溶质分布曲线－匀晶相图－ －液相线温度分布曲线－实际温度分 布曲线 －成分过冷区。）
22
3) 成分过冷形成的 条件和影响因素
条件： G/R<mC0(1-k0)/Dk0 合金固有参数：m, k0; 实验可控参数：G, R。
48
49
组织组成物的相图
相组成物的相图
50
三、 不平衡结晶及其组织 1 伪共晶 ① 伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完 全的共晶组织。 ② 形成原因：不平衡结晶；成分位于共晶点 附近。
51
条件：快速冷却到α相和β相的液相线下，初 晶的析出被抑制，同时两相都呈饱和状态同时 析出，形成共晶转变，得到伪共晶。
WO
W XL
ab
W
XXL
ar
W X L ab
WL
rb
W
ar
6
2）数值确定：直接测量计算或投影到成分轴 测量计算。 3）注意：只适用于两相区；三点（支点和端 点）要选准。
WL
X X
rb
WO
W XL
ab
W
XXL
ar
W X L ab
WL
rb
W
ar
7
第二节 二元匀晶相图
一 匀晶相同及其分析 1 匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的 转变。 2 匀晶相图： 具有匀晶转变特征的相图。
2
2 表达式 温度和压力都变化时：f=c-p+2; 压力一定时，f=c-p+1。 (f—自由度数；c－组元数；p－平衡相的数目) 3 应用 ①确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单 元系2个，二元系3个。 ②解释纯金属与二元合金的结晶差别。 纯金属结晶——恒温；二元合金——变温。
3
三、 相图的表示与建立 1 状态与成分表示法 温度－成分坐标系。 坐标系中的点－表象 点。
第四章 相图
相图(Phase diagram )——描述系统的状态、温 度、压力及成分之间关系的图解。 表征——材料系统中相的状态与温度及成分之 间关系的一种图形。
水的P-T相图
1
第一节 相图的基本知识
一相
体系——热力学所研究的原子、分子等集体称 为系统或体系。
相——在一个系统中，具有同一聚集状态的均 匀部分称。 二 相律 1 相律 热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自 由度数之间的关系。
结晶的温度范围增大； 组织多为树枝状。
13
14
3 成分偏析： 晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀
现象。 枝晶偏析：树枝晶的枝干和枝间化学成分
不均匀的现象。 消除——扩散退火
15
晶内偏析组织及其示意图
16
4 稳态凝固时的溶质分布 1）稳态凝固：从液固界面输出溶质速度等于溶 质从边界层扩散出去速度的凝固过程。 2）平衡分配系数：在一定温度下，固、液两平 衡相中溶质浓度的比值。
③ 室温组织（α＋βⅡ） 其中βⅡ一般分布于相界面上，有时也在晶内 析出，呈细小颗粒状。
相对量计算：
4g
f
100 % fg
II
4f fg
100 %
35
2共晶合金的结晶过程 ① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。
36
② 组织： 共晶转变刚好结束后的组织:(αm＋βn) 室温组织:(α＋β＋αⅡ＋βⅡ)(二次相为脱熔 转变产物） （因为二次相依附共晶体中的 同类相析出，因此难以辨别） 通常室温组织：
散。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。〕
异常β相由不平衡 包晶转变引起。成 分在靠近固相、包 晶线以外端点附近。
67
四、 包晶转变的应用 1 组织设计：如轴承合金需要的软基体上分 布硬质点的组织。 2 晶粒细化。
68
第五节 二元相图的分析方法
一、铁碳相图分析
69
70
71
（α＋β）共晶体
37
③共晶合金结晶过程中的相的相对量计算。
恰好要发生共晶反应时：L相，相对量：100 ％；
共晶反应过程中：三相（L+α＋β）,不适用 杠杆定律；
共晶反应刚好结束：两相（αm＋βn）
m
en 100% mn
n
em mn
100%
38
室温下：两相（αf＋β来自百度文库 ）
f
2n 100% mn
g
2m 100% mn
11
3 与纯金属结晶的比较 ① 相同点：基本过程：形核－长大； 热力学条件：⊿T>0； 能量条件：能量起伏； 结构条件：结构起伏。 ② 不同点：合金在一个温度范围内结晶（可
能性：相律分析；必要性：成分均匀化。） ——合金结晶是选分结晶：需成分起伏。
12
三、 固溶体的不平衡结晶 1 原因：冷速快（假设液相成分均匀、固相成 分不均匀）。 2 结晶过程特点：固相成分按平均成分线变化 （但每一时刻符合相图）；
1.铁碳合金的组元 1）Fe铁是过渡族元素，熔点1538℃，密度 7.87g/cm3。
工业纯铁的力学性能特点： 强度低、硬度低、塑性好。
纯铁的力学性能
52
伪共晶区取决于相接构和固——液界面形态： 伪共晶区偏向晶体结构复杂且具有平滑界面的相 的一边。
53
③ 不平衡组织 由非共晶成分的合金得到的完全共晶组织。 共晶成分的合金得到的亚、过共晶组织。
（伪共晶区偏移）
54
3 离异共晶（平衡和非平衡都可以得到） ① 离异共晶：两相分离的共晶组织。 ② 形成原因
成分表示：质量分 数或摩尔分数。
二元相图的表示方法
4
2 相图的建立 方法：实验法和计算法。 过程：配制合金－测冷却曲线－确定转变温
度－填入坐标－绘出曲线。
用热分析法建立 Cu-Ni相图
5
3 杠杆定律
1）平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定， 则自由度为0，平衡相成分随之确定。）
WL
X X
rb
42
② 结晶过程中的组织 匀晶转变过程：L+α初(或者αI)） 共晶转变中：L+α＋β+α初（或者αI） 共晶转变刚结束:(α＋β）+ α初（或者αI） 室温下：α初（或者αI）＋βⅡ＋（α＋β）
上面这些组织中的相同的相其成分 有什么特点？
43
③ 组织中相组成物计算 共晶转变前：L+α初（或者αI），用杠杆定律。 共晶转变中：L+α＋β+α初（或者αI），不 能运用杠杆定律 共晶转变刚结束：（α＋β）+ α初（或者αI）
60
第四节 二元包晶相图
包晶转变：由一个特定成分的固相和液相生 成另一个特点成分固相的转变。
包晶相图：具有包晶转变特征的相图。
61
一、 相图分析 点、线、区。
62
二、 平衡结晶过程及其组织 1 包晶合金的结晶 结晶过程：包晶线以下，L, α对β过饱和－ 界面生成β－三相间存在浓度梯度－扩散－β 长大－全部转变为β 室温组织： β或β＋αⅡ。
28
共晶转变： E共晶点成分的液相在恒温下同时结 晶出两个成分不同的固相（m点成分α的和n点成 分的β ）的转变。
Le tE (恒温)m n
共晶产物的 成分是否稳 定？
共晶反应前 液相有什么 要求？
29
共晶转变得到的新生成的两相混合物叫共晶体 或者共晶组织（α+β）。水平线men为共晶反 应线，简称共晶线。 共晶相图中的合金：e点合金——共晶合金；
8
3 相图分析 两点：纯组元的熔点； 两线：L, S相线； 三区：L, α, L+α。
9
二、 固溶体合金的平衡结晶 1 平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。 2 平衡结晶过程分析 ① 冷却曲线：温度－时间曲线；
10
② 相（组织）与相变（各温区相的类型、相变 反应式，杠杆定律应用。）； ③ 组织示意图； ④ 成分均匀化： 每时刻结晶出的固溶体的成 分不同。
室温下组织 （α＋βⅡ＋β＋αⅡ）如何计算 分析：
αⅡ、βⅡ由共晶反应刚好结束的两相（ αm ＋βn ）中分别析出。 即： αm α＋ βⅡ ， βn β＋αⅡ
39
以αm α＋ βⅡ为例计算
设αm为100％， α＋ βⅡ由m点成分的的αm 脱熔析出，根据端部固熔体脱熔产物的计算
来看：
II
mf fg
共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）
26
一、 相图分析（相图三要素） 1 点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点 （是亚共晶、过共晶合金成分分界点）等。 2 线：液相线（结晶开始）、固相线（结晶结 束线）；溶解度变化曲线。
Pb-Sn相图 27
3 区： 3个单相区（L、α、β） ； 3个两相区（L+α、L+β、α+β） ； 1个三相线（区）。
55
平衡条件下：成分位于共晶线上两端点附近。 不平衡条件下：成分位于共晶线外两端点附。 ③ 消除：扩散退火。
56
四、共晶组织的形成 1 共晶体的形成 成分互惠－交替形核
片间搭桥－促进生长
两相交替分布 （共晶组织）
57
2 共晶体的形态
粗糙－粗糙界面：层片状（一般情况）、棒 状、纤维状（一相数量明显少于另一相）
粗糙－平滑界面：具有不规则或复杂组织形 态（由于两相微观结构不同）
所需动态过冷度不同，金属相任意长大，另 一相在其间隙长大。可得到球状、针状、花朵 状、树枝状共晶体。
非金属相与液相成分差别大。形成较大成分 过冷，率先长大，形成针状、骨骼状、螺旋状、 蜘蛛网状的共晶体。
58
典型共晶组织形态
59
3 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。
共晶线上e点以左——亚共晶合金； 共晶线上e点以右——过共晶合金；
30
成分位于m点以左和n点以右的合金——端部固熔 体合金
mf线为Sn在Pb中的溶解度线（或α相的固熔 线）。温度降低，固溶体的溶解度下降。从固 态α相中析出的β相(Sn析出时不是以单质的形式 析出，而是以固熔体的方式析出)称为二次β， 常写作βⅡ。 二次结晶可表示为：α→βⅡ 。
31
ng线为Pb在Sbn中溶解度线（或相的固熔线)。 Sn含量小于g点的合金，冷却过程中同样发生二 次结晶，析出二次α；即β→αⅡ。
32
二、合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）
33
1 Wsn＝10％的合金（端际固溶体的结晶） ①凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）
34
②脱溶转变：二次相（次生相）从过饱和的固 熔体中析出。
23
4 成分过冷对生长形态的影响 （正温度梯度下）G越小，成分过冷越大－
生长形态：平面状－胞状-树枝状。
24
第三节 二元共晶相图
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。 共晶相图：具有共晶转变特征的相图。 （液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶， 且发生共晶反应的相图。
25
( ) 2m 100%
me
I
2e 100% me
44
室温下：α初（或者αI）＋βⅡ＋（α＋β）
( ) 2m 100%
me
I
2e me
mg fg
100 %
II
2e me
fm 100 % fg
45
4 过共晶成分合金的结晶 过程与亚共晶成分合金的结晶基本一致，
二者组织组成物恰好相反。 室温下：β初（或者β I）＋ α Ⅱ＋（α＋β） 采用杠杆定理计算和分析与亚共晶合金一样。 要求：自己试着推导和分析
46
共晶系合金的平衡凝固可分为两种类型：
固溶体合金：匀晶转变+脱熔转变，室温组 织：初生固溶体+次生组织 共晶型合金：位于MEN线范围内的合金，都 属于共晶型合金。其凝固时均有共晶转变发 生，形成共晶体。
47
5 组织组成物与组织图 组织：金属中的组织指不同形状、大小、数 量和分布的相组合而成的综合体。 组织组成物：组成材料的中各个不同本质和 形态的部分。 组织图：用组织组成物填写的相图。
63
结晶过程：包晶线以下，L, α对β过饱和－ 界面生成β－三相间存在浓度梯度－扩散－β 长大－全部转变为β。
室温组织： β或β＋αⅡ。
64
2 成分在C-D之间合金的结晶 结晶过程：α剩余； 室温组织：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。
65
3 其他平衡结晶过程及其组织
66
三、不平衡结晶及其组织 异常α相导致包晶偏析〔包晶转变要经β扩