第七章二元合金相图

1、固溶体的分类
⑴、按溶质原子在晶格中的位置： 间隙固溶体、置换固溶体
间隙固溶体
置换固溶体
通常，当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；当直径差别大于15%时，就很难形 成置换固溶体了。
⑵、按固溶度：
有限固溶体、无限固溶体
固溶度：溶质原子溶入固溶体中的数量称为固溶体 的浓度，在一定条件下的极限浓度叫做溶解度或固溶度。
四、杠杆定律 1、确定两平衡相的成分：CL、Cα
杠 杆 定 律 的 证 明
2、确定两平衡相的相对重量
WL rb W ar
rb WL 100% ab
ar W 100% ab
杠杆定律的力学比喻
7.2 相图热力学的基本要点
第三节 匀晶相图
一、相图分析 线： 液相线、固相线 区： 液相(L)区、固相 (α)区、液固两相 共存(L+ α)区
不同的相结构
基 固溶体 置换固溶体 本 相 正常价化合物 结 构 金属化 电子化合物 合物 间隙相 间隙化合物 复杂结构间隙化合物Biblioteka 间隙固溶体一、固溶体
——组元相互溶解，溶质原子溶入固态溶剂 特点：保持溶剂晶格类型。
组成合金的元素互相溶解，形成一种与某一元素 的晶体结构相同，并包含有其它元素的合金固相， 称为固溶体。其中，与合金晶体结构相同的元素 称为溶剂，其它元素称为溶质。
初=28%
初 M
T
初 F+ Ⅱ
50%
(初F+Ⅱ)%=2E/ME×100%
L
二次杠杆 F S G

M
L+
19
+ Ⅱ +(+）
F
Pb
E L+ N 2 61.9 97.5
初F% ×FS= Ⅱ% ×SG
Ⅱ% =1-(+)共晶%- 初F%
s
P
B%
G
重要概念：
1、组元—组成合金最基本、独立的物质。 组元可以是组成合金的元素，可以是化合物。 2、合金—两种或两种以上的金属，或金属与 非金属元素组成的具有金属特性的物质。有 二元、三元等。
3、合金系—由给定组元配置成的一系列成 分不同的合金，组成一个合金系统。
4、相—指合金组织中具有同一聚集状态、同一晶体
亚共晶组织(50% Sn 的Pb-Sn合金)
共晶()
初生 Ⅱ
400
T
T/℃
L
L

+
t1
A L M L+ + B E t1 L+ t2 N （ + Ⅱ ） G
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
300

t2
200
100
L +
合金Ⅱ： 不平衡条件系得到。
易产生离异共晶的区域
7.3.3 包晶相图及其合金 凝固
包晶转变 ——已结晶的固相与剩余液相反应形成另一个固相 的恒温转变。如Fe-C、Cu-Zn、 Ag-Sn、 Ag-Sn、Ag-Pt等。
包晶相图 ——具有包晶转变的相图。
一、相图分析
1772A
1600 1800
点：D
三元合金：fmax=3(成分独立变量2，温度1)
三、相律的实际应用
1、确定系统最多有几相共存：
f=0，Pmax=c+1
纯金属：pmax=2 ；二元合金：pmax=3 2、说明纯金属结晶与合金结晶时的某些差别 纯金属结晶：f=1-2+1=0——恒温进行 二元合金结晶：f=2-2+1=1——一定温度范围
如果固溶体的溶解度有一定的限度，这叫做有限固溶体。
当置换固溶体的溶质原子与溶剂原子直径差别很小，且 晶体结构相同，在周期表中的位置又靠得较近，则它们 就可能以任何成分比例形成固溶体，这种固溶体叫做无 限固溶体。
⑶、按相对分布：
有序固溶体、无序固溶体
无 序 分 布 偏 聚 分 布
短程有序分布
2、固溶体的性能 固溶强化：
0
+ Ⅱ +(+)
60 70 80 90
F Pb
100
G
WSn(%)
Sn
标明组织组成物的Pb-Sn合金相图
组织组成物在相图上的标注
L L+α α α+βⅡ+(α+β) α+βⅡ (α+β) L+β β+αⅡ+(α+β) β+αⅡ β
温度，℃ Pb
Sn,%
Sn
相组成物标注相图
组织质量分数计算
结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。 -----是合金组织最基本组成部分。
5、组织—是由不同相组成的具有一定成分、分布形态
和性能的机械混合物。 用肉眼或借助不同放大倍数的显微镜所观察到的金属材 料内部情景，包括晶粒大小、形状、种类及晶粒的相对 数量和分布。
复习 合金的相结构
晶体结构、原子结构、组元相互作用不同
灰铁
层片状
（Al-CuAl2，定向凝固）
棒状或条状 （Sb-MnSb，横截面）
针状（ZL102未变质）
螺旋状（Zn-Mg）
铝硅针状共晶组织
铅铋树枝状共晶组织
Cu-Cu3P放射状共晶组织
铝钍螺旋状共晶组织
三、亚共晶和过共晶平衡结晶过程 及室温平衡组织
500
T
400
A
300 200
M
E
N
B
100
0 0
400
T
A
327.5
T/℃
L
L Ⅰ +
t1 E t1'
300
L+
200

M
19
183
61.9

+
100
+
+
0 0 Pb
F
L
t/s
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
WSn(%)
共晶合金结晶过程分析
二、共晶平衡结晶过程及室温平衡组织：
液态L61.9 共晶温度以上：
1. 液相线与固相线的水平距离和垂直距离 2. 偏析原子扩散能力 3. V冷却 偏析程度 消除办法：扩散退火
7.3.2 共晶相图及其合 金凝固
共晶转变 ——一个液相在冷却时同时结晶出两个结构不同、 成分固定的固相的转变称为共晶转变。如 Pb-Sn 、 Al-Si 、 AlMg、 Cu-Ag、Mg-Si等。 共晶相图 ——具有共晶转变的相图。 共晶产物 ——共晶转变产物（两相混合物） （1）比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作。 （2）共晶合金比纯金属的流动性好，不易产生枝晶。 （3）恒温转变，偏聚不会缩孔。 （4）获得多种形态的显微组织。

t2'
+ Ⅱ
F 0
0
Pb
WSn(%)
Sn
t/s
70% Sn的过共晶合金的结晶过程分析
过共晶合金平衡结晶过程为：
液态 L70 t1温度以上： 液相中析出 ，L t1~ t2温度： 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
Pb
F 10
G
20 30 40 50 60 70 80 90 100
WSn(%)
Sn
400
T 327.5 A
L
L
Ⅱ
L
T/ ℃
t1

300
L+ 61.9
200

M
19
183 +
t2
E
t1
t2
t2'
+ （ + ) 共
L
+
100
+ Ⅱ
0 F 0 10 Pb

30 40 50 60 70 80
溶入溶质原子形成固溶体而使金属强度、硬度 溶质原子% —— σb、HB ，而ψ、αk 。 产生原因：1)、晶格畸变，位错运动受阻； 2)、位错钉扎。 固溶强化效果：间隙固溶体>置换固溶体 三种强化：细晶强化、形变强化、固溶强化
二、金属化合物
晶格类型与性能均不同于任一组元；
一般可用分子式表示；
1400
L

C
10.5 1186
L
D
P
66.3
温 度
1200
42.4
1000
L+

800
600
+
0E 20 40 60 80
线： 液相线APB 固相线ACDB 包晶线CDP 962 B L P + C D 固溶度曲线 CE、DF
F 100
400
Pt
500
T
400
L
231.9 B L+ N 97.5

A 327.5
300
200

M 19
L+
183
E 61.9
100
+
0 10 20 30 40 50 60 70 80
F Pb
0
90
100
G
WSn(%)
Sn
Pb—Sn相图
一、相图分析
7点：共晶点(E) 共晶转变：L61.919 97.5 7线：液相线AEB 固相线AMENB 溶解度线MF,NG 共晶转变线MEN 7个区：L、、 L+、 L+、 +、L+ +