典型相图分析4PPT课件

f=变数-条件数=
p(c-1)+1-
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c(p-1)=c-p+1
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第一节 相图知识
一、相律
二元相图：当存在两个组元时，成分也是变量，但一种组元的含 量为独立，另一组元则为余下部分。为在二维平面上表示， 通常只考虑在常压下，取两个变量温度和成分。横座标用线 段表示成分，纵座标表示温度。平面上以按这时平衡状态下 存在的相来分隔。(如图)
1－2之间，温度下降， 液体数量减少，固体数 量增加，成分沿液相线 和固相线变化，
到2点，液体数量为0， 固体成分回到合金原始 成分，凝固完成
2点以下固体冷却，无 组织变化
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第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
三、固溶体材料冷却时组织转变
特点：
1.与纯金属凝固一样由 形核和长大来完成结晶 过程，实际进行在一定 的过冷度下。
第四章 典型相图分析
➢相图知识
➢二元匀晶相图与固溶体的凝固
➢二元共晶相图
➢二元包晶相图
➢复杂二元相图的分析方法
➢三元相图
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一、相律 第一节 相图知识
对于恒压条件：f = c – p + 1
系统中有p相，c个组元，则成分引起的变数p(c-1)个。系 统总的变数为p(c-1)+1
在多相平衡时，任一组元在各相间的化学位相等， 每个 组元可写出个p-1等式，平衡条件总数为c(p-1)
相图用途：
1. 由材料的成分和温度预知平衡相； 2. 材料的成分一定而温度发生变化
时其他平衡相变化的规律； 3. 估算平衡相的数量。
预测材料的组织和性能
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第一节 相图知识
二、相图与冷却曲线的关系：
成分一定，在冷却过程中，不同的相热容量不相同，如果 系统散热能力一样，温度随时间的变化(冷却)曲线上的斜率将 不同，曲线的转折点对应温度就是某些相开始出现或完全小时
常用L表示；下面的一条曲
线称为固相线，固相线之下
为固溶体的单相区，常用α
表示；两条曲线之间是双相
区，标记L+α表示。
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第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
二、两相平衡时的数量分配规律－－杠杆定律
如图，合金x在温度T1将由两相长期并存，这时两相的成分 和数量保持不变。过x点作水平线交液相线和固相线于a、c点， 经热力学证明a、c点的成分分别为平衡的液体和固体的成分， 设mL和m分别为两相的数量， 由物质不灭可推导出：
一般用占总体数量的百分 比的相对值来表示。如果 把线段axc当成一杠杆，则 他们满足杠杆力的平衡原 理，所以称之为杠杆定律。
用杠杆定律来分析在理解和使用都有好. 的直观性和方便。适用所有两相平6 衡。
第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
三、固溶体材料冷却时组织转变
过程：
1点以上液体冷却
1点开始凝固，固体成 分在对应固相线处
晶内偏析的程度决定于：相图中液—固相线相距愈远，组元元素原子的迁移 能力愈低(扩散系数小)，冷却速度愈大，造成的晶内偏析将愈严重。
消除偏析的方法：前两条原因是不可更改的，但并不是采用慢速冷却，因为
慢速冷却会使晶粒变大，最高和最低成分之间的距离加大消除更困难，而是
快速冷却，细化晶粒，会带来晶内的偏析，即宏观均匀而微观有大的差别，
凝固后重新加热到略低于熔点温度，进行一段时间的保温，让原子在这时进
行扩散迁移，达到均匀，这种方法称为均匀化退火。
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第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
五、固溶体中溶质的分布
由于固溶体凝固中，析出固体的成分与液体不相同，并 且在凝固时达不到平衡，所以凝固后溶质的分布是不均匀的， 当然这种不均匀有时也可带来有利的利用。下面仅就几种特 例讨论。
在冷却速度较快时的凝固是非平衡凝固，从相图中可见，在略低于开始 凝固温度t 1下开始析出的固体的成分为α1，到t 2温度晶体表面生长的成分可 为α2，由于扩散速度跟不上来，心部的成分来不及达到和表面一样就冷却到 下一温度t 3，因此析出的固体的成分表里不一，平均成分也偏离了固相线。 到固达 体平的衡平和均固成相分线回交到点合的金温成度分t时f液时体还消有. 失液，相凝存固在过，程继才续结冷束却。到一更低的温9 度，
的温度，利用这一特点，由实测的冷却曲线可以作出相图。
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第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
一、相图形式
两组元在液态和固态都能无限互溶。如Cu—Ni、Ag—Au形 成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图。
相图的构成：由两条曲线将
相图分为三个区。左右两端
点分别为组元的熔点。上面
的一条曲线称为液相线，液
相线之上为液相的单相区，
第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
四、固溶体材料非平衡冷却
非平衡凝固的特点有：①凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线； ②凝固过程进行到一更低的温度才能完成；③生成固体的成分是不均匀的。 随着冷却速度的加大，这些差别特点表现的愈明显。
结果：生成固体的成分不均匀较偏析，快速冷却时在一个晶粒内部先后结晶 的成分有差别，所以称为晶内偏析，金属的晶体往往以树枝晶方式生长，偏 析的分布表现为不同层次的枝晶成分有差别，因此这种偏析又称枝晶偏析。
如图所示相图的一部分，在温度t时，平衡 的液—固相成分的比，称为平衡分配系数。
k0 CS /CL
实际凝固时原子的迁移需要一过程，液体 和固体的成分达不到相图所示的平衡状态， 这时分析采用“有效分配系数”，它定义为：
ke 凝边固界时层固以－外液的界 相 液 浓 面 的 体 度 处 (浓 C平 L(C )固 B度 S均 )i
2.凝固在一温度范围内 进行。只有在温度不断 下将时固体量才增加， 温度不变，液固数量维 持平衡不变。
3.凝固过程中液体和固 体的成分在不断变化。
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过程：
从固溶体的凝固特征可知，在晶体长 大过程中，组元元素在析出的固相中不断 的发生迁移。但原子在固体中的迁移相对 结晶过程是较慢的(原子的迁移是扩散过 程，以后专门讨论)，可见完全达到平衡 凝固是较困难的，需要相当长的时间，一 般的冷却凝固达不到平衡状态。
有效分配系数不是一常数，而是.随凝固过程有所变化。 11
第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
五、固溶体中溶质的分布
例一：定向凝固时溶质分布规律
如果有一长度为L的杆形凝固体，假设凝固过程为一端散热，并且液 体中原子扩散和对流可达到成分均匀，而固体中迁移慢设为凝固后基本 不能变。当合金的成分为C0，开始析出的固体成分为k0C0，变化趋势如图。 已经凝固距离X后，在凝固dx时，按溶质的变化有：