工程材料-第四章_二元相图及应用
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枝晶偏析（Dendrite Segregation）： 合金在结晶时通常是树枝状长大，非平衡结 晶时，将造成树干和树枝在成分上的差异，即 产生枝晶偏析。枝晶偏析属于晶内偏析。 枝晶偏析是一种冶金缺陷，一般可以通过均 匀化退火（或称扩散退火）予以减轻或消除。
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析 非平衡结晶引起的晶内偏析
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
4.偏析（Segregation）
偏析，是指固溶体在结晶过程中先结晶的部分与后结晶的部分存在成分 差异的现象。
晶内偏析（Intracrystalline Segregation）： 发生在晶粒内部的偏析称为晶内偏析，即在一个晶粒内出现成分不均匀 的现象。
临界点指合金在冷却时凝固开始和凝固终了的温度点。 ④将各临界点标在相图的坐标平面上；
二元相图的坐标平面，其纵座标为温度，横座标为成分。 ⑤在相图平面上将性质相同的临界点分别连接起来，即建立起相图。
第四章 二元相图及应用－§4.1 二元相图的建立
Cu-Ni二元合金相图的建立
wNi=80% wNi=60% wNi=40%
QL
x2 x x2 x1
10% 0
Qα
xx1 x2 x1
10% 0
x1
t
x
x2
x1 x
x2
x1
x
x2
QL Q
杠杆定律的力学比喻
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
3.固溶体合金的非平衡结晶
实际生产时，合金的结晶过程往往是非平衡的。 平衡结晶的特点： 合金平衡结晶时，晶体在长大过程中，组元的原子（例如Cu原子和Ni原 子）在析出的固相中不断的发生迁移或扩散，如果冷却速度非常缓慢，则 原子可以通过扩散而达到浓度处处相等。 非平衡结晶的特点： 在实际生产中，冷却速度往往较快，且原子在固相中的扩散相对于在液 相中要缓慢得多，因此就出现了在先结晶出的固溶体与后结晶出的固溶体 中，组元原子分布不均匀（先结晶出来的固相含有较多的高熔点组元）， 即浓度差异的现象。
只有在温度不断下降时，固相 的相对量才增加，温度不变，液相L和 固相 的相对量保持不变，即达到平衡状态。 ③结晶时，L相和 相的成分分别沿着液相线和固相线变化。 ④结晶时，L相和 相的相对量不断变化。
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
2.杠杆定律（Lever Rule）
杠杆定律用于二元合金处于两相 平衡时，两个相的相对量的计算。
相平衡（Phase Equilibrium）
如果体系中的各相在较长时间内而不互相转化，则称该体系处于相 平衡状态。
第四章 二元相图及应用
特别提示：
相图是在热力学平衡的条件下建立起来的。 平衡是指在一定条件下合金系中参与相变的各相的成分和相对量不发 生变化所达到的一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。 测定相图最常用的方法是热分析法，它要求在合金冷却时，其冷却速 度非常缓慢，从而能够满足热力学平衡的条件。因此相图又称为平衡相 图，平衡图（Equilibrium Diagram）。
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
Cu-Ni合金铸态 （枝晶偏析，非平衡组织）
Cu-Ni合金退火态 （平衡组织）
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
工程材料-第四章_二元相图及应用
第四章 二元相图及应用
重要概念：
相图（Phase Diagram）
描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的一种图解。又称为 状态图。
状态（State）
指系统中的各相的凝聚状态、相的类型等。
相变（Phase Transformation）
合金中的相从一种类型转变为另一种类型的过程。
1.相图分析
相图的基本分析 对相图中各重要的点、各重要的线和各个面（区域）进行分析。
典型合金的结晶过程分析 选择若干典型合金，分析它们从高温冷却至室温的过程中所发生的
各种变化。
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
相图分析和典型合金平衡结晶过程分析：
液相线 （Liquidus）
相图的作用：
利用相图，可以了解不同成分的材料在不同条件下： ①存在哪些相； ②各相的相对量； ③成分、温度变化时材料中发生的相变。
第四章 二元相图及应用－§4.1 二元相图的建立 第一节 二元相图的建立
建立相图的方法有实验测定和理论计算两种，目前，最常用的方法是 热分析法（Thermal Analysis）。
匀晶相图 共晶相图 包晶相图 形成稳定化合物的相图 共析相图
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
一、二元匀晶相图
匀晶反应（Isomorphous Reaction）：
从液相中直接结晶出固溶体的反应。又称匀晶转变。L →
匀晶相图： 两组元在液态和固态下均能无限互溶，冷却时发生匀晶反应的相图。 具有匀晶相图的二元合金系： Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Ni、Cu-Au、Cr-Mo等。
热分析装置示意图
冷却曲线
第四章 二元相图及应用－§4.1 二元相图的建立
Cu-Ni二元合金相图的测定步骤：
①配制一系列不同成分的Cu-Ni合金； 例如：100%Cu、80%Cu-20%Ni、60%Cu-40%Ni、40%Cu-
60%Ni、 20%Cu-80%Ni、100%Ni等6个合金。
②分别测定上述合金的冷却曲线； ③在冷却曲线上找出合金的各个临界点；
wNi=100%
温 度
wNi=20%
wCu=100%
时间
Cห้องสมุดไป่ตู้ 20 40 60 80 Ni
wNi（%）
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
第二节 二元相图的基本类型与分析
大多数二元相图都是由几类最基本的相图组合而成的，或者说，许多 二元相图都包含了几类基本相图。
二元相图的主要基本类型：
固相线 （Solidus）
合金结晶开始的温度连线
B
合金结晶终了的温度连线
L
t4 t3 t2 t1
L＋
1
2
A
3
Cu-Ni合金相图
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
固溶体合金的结晶特点：
①固溶体的结晶过程与纯金属一样由形核和长大完成。 实际结晶时也需要一定的过冷度。
②结晶是在一温度范围内进行的。
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析 非平衡结晶引起的晶内偏析
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
4.偏析（Segregation）
偏析，是指固溶体在结晶过程中先结晶的部分与后结晶的部分存在成分 差异的现象。
晶内偏析（Intracrystalline Segregation）： 发生在晶粒内部的偏析称为晶内偏析，即在一个晶粒内出现成分不均匀 的现象。
临界点指合金在冷却时凝固开始和凝固终了的温度点。 ④将各临界点标在相图的坐标平面上；
二元相图的坐标平面，其纵座标为温度，横座标为成分。 ⑤在相图平面上将性质相同的临界点分别连接起来，即建立起相图。
第四章 二元相图及应用－§4.1 二元相图的建立
Cu-Ni二元合金相图的建立
wNi=80% wNi=60% wNi=40%
QL
x2 x x2 x1
10% 0
Qα
xx1 x2 x1
10% 0
x1
t
x
x2
x1 x
x2
x1
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QL Q
杠杆定律的力学比喻
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
3.固溶体合金的非平衡结晶
实际生产时，合金的结晶过程往往是非平衡的。 平衡结晶的特点： 合金平衡结晶时，晶体在长大过程中，组元的原子（例如Cu原子和Ni原 子）在析出的固相中不断的发生迁移或扩散，如果冷却速度非常缓慢，则 原子可以通过扩散而达到浓度处处相等。 非平衡结晶的特点： 在实际生产中，冷却速度往往较快，且原子在固相中的扩散相对于在液 相中要缓慢得多，因此就出现了在先结晶出的固溶体与后结晶出的固溶体 中，组元原子分布不均匀（先结晶出来的固相含有较多的高熔点组元）， 即浓度差异的现象。
只有在温度不断下降时，固相 的相对量才增加，温度不变，液相L和 固相 的相对量保持不变，即达到平衡状态。 ③结晶时，L相和 相的成分分别沿着液相线和固相线变化。 ④结晶时，L相和 相的相对量不断变化。
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
2.杠杆定律（Lever Rule）
杠杆定律用于二元合金处于两相 平衡时，两个相的相对量的计算。
相平衡（Phase Equilibrium）
如果体系中的各相在较长时间内而不互相转化，则称该体系处于相 平衡状态。
第四章 二元相图及应用
特别提示：
相图是在热力学平衡的条件下建立起来的。 平衡是指在一定条件下合金系中参与相变的各相的成分和相对量不发 生变化所达到的一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。 测定相图最常用的方法是热分析法，它要求在合金冷却时，其冷却速 度非常缓慢，从而能够满足热力学平衡的条件。因此相图又称为平衡相 图，平衡图（Equilibrium Diagram）。
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
Cu-Ni合金铸态 （枝晶偏析，非平衡组织）
Cu-Ni合金退火态 （平衡组织）
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
工程材料-第四章_二元相图及应用
第四章 二元相图及应用
重要概念：
相图（Phase Diagram）
描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的一种图解。又称为 状态图。
状态（State）
指系统中的各相的凝聚状态、相的类型等。
相变（Phase Transformation）
合金中的相从一种类型转变为另一种类型的过程。
1.相图分析
相图的基本分析 对相图中各重要的点、各重要的线和各个面（区域）进行分析。
典型合金的结晶过程分析 选择若干典型合金，分析它们从高温冷却至室温的过程中所发生的
各种变化。
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
相图分析和典型合金平衡结晶过程分析：
液相线 （Liquidus）
相图的作用：
利用相图，可以了解不同成分的材料在不同条件下： ①存在哪些相； ②各相的相对量； ③成分、温度变化时材料中发生的相变。
第四章 二元相图及应用－§4.1 二元相图的建立 第一节 二元相图的建立
建立相图的方法有实验测定和理论计算两种，目前，最常用的方法是 热分析法（Thermal Analysis）。
匀晶相图 共晶相图 包晶相图 形成稳定化合物的相图 共析相图
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
一、二元匀晶相图
匀晶反应（Isomorphous Reaction）：
从液相中直接结晶出固溶体的反应。又称匀晶转变。L →
匀晶相图： 两组元在液态和固态下均能无限互溶，冷却时发生匀晶反应的相图。 具有匀晶相图的二元合金系： Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Ni、Cu-Au、Cr-Mo等。
热分析装置示意图
冷却曲线
第四章 二元相图及应用－§4.1 二元相图的建立
Cu-Ni二元合金相图的测定步骤：
①配制一系列不同成分的Cu-Ni合金； 例如：100%Cu、80%Cu-20%Ni、60%Cu-40%Ni、40%Cu-
60%Ni、 20%Cu-80%Ni、100%Ni等6个合金。
②分别测定上述合金的冷却曲线； ③在冷却曲线上找出合金的各个临界点；
wNi=100%
温 度
wNi=20%
wCu=100%
时间
Cห้องสมุดไป่ตู้ 20 40 60 80 Ni
wNi（%）
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
第二节 二元相图的基本类型与分析
大多数二元相图都是由几类最基本的相图组合而成的，或者说，许多 二元相图都包含了几类基本相图。
二元相图的主要基本类型：
固相线 （Solidus）
合金结晶开始的温度连线
B
合金结晶终了的温度连线
L
t4 t3 t2 t1
L＋
1
2
A
3
Cu-Ni合金相图
第四章 二元相图及应用－§4.2 二元相图的基本类型与分析
固溶体合金的结晶特点：
①固溶体的结晶过程与纯金属一样由形核和长大完成。 实际结晶时也需要一定的过冷度。
②结晶是在一温度范围内进行的。