第四章 二元合金相图与合金凝固

第四章二元合金相图与合金凝固

本章主要内容：

相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；

二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析

固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的

形成及对组织的影响，区域熔炼；

二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；

共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；

二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶合金的非平衡凝固与组织

包晶反应的应用

铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭的缺陷

其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法

二元相图实例：Fe-Fe

3C亚稳平衡相图，Al-Mn相图，Al

2

O

3

-SiO

2

二元系相图

相图与合金性能的关系

相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图

1.填空

1 相律表达式为_____________________________。

2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有_____________起伏。

3. 按液固界面微观结构，界面可分为__________________和

____________________。

4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是__________________________，光滑界面晶体的长大机制是_____________________和_____________________。

5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生____________偏析，用

_________________热处理方法可以消除。

6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈

________________状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为

________________状。

7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为______________。

8 亚共晶合金的典型平衡组织为_________________，亚共析合金的典型平衡组织为___________________________。

9 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为______________________,

____________________, _________________________,

___________________________。

10 共析，偏析，包析反应式分别为______________，______________，

_____________。

11 固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数k1=_________，当凝固速率很大时，则k1趋于_____________。

12 不发生成分过冷临界条件的表达式为_________________________。

13 应用相图可以判断

_________________________,_____________________________,

__________________, ______________________ 。

14 纯金属凝固时，一般只有在______________条件下才生长成树枝晶，当金属中含有杂质或固溶体合金凝固由于发生___________所以在_______________条件下也可能生长树枝晶。

固溶体合金定向凝固时，液相中溶质混合越充分，则凝固后铸锭成分

__________________。

15 平衡分配系数K=0.1时，经三次区域熔炼后料棒前端杂质浓度将降低至原来的________。

16 合金中相平衡的条件是_____________________________________。

17 二元系中两相区的边界线都表示相转变的_________和平衡相的_________。

18. 在二元相图中，L

1→α+L

2

叫_____________反应，β→L+α称为__________

转变，而反应α

１—α

２

＋β称为___________反应，α+β→γ称为___________反应。

19 Fe-Fe

3

C相图中含碳量小于________为钢，大于_________为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由_____________和______________两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是______________，是____________固溶体，铁素体是_______________，其晶体结构是______，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含量是__________；珠光体的含碳量是_____它是由____________和________组成的两相混合物；莱氏体的含碳量______________；在常温下，亚共析钢的平衡组织是___________，过共析钢的平衡组织是_____________，亚共晶白口铸铁的平衡组织是___________________，莱氏体的相组成物是

____________________，变态莱氏体的相组成物是________________ ，Fe

3C

I

是

从__________________中析出的，Fe

3C

II

是从_________________中析出的，Fe

3

C

III

是从____________________中析出的，它们的含碳量为__________________，Fe

3

C主要性能特点是_______________________，A共析反应后的生成物称为________________。

2. 选择

1 图1中Ⅲ合金非平衡凝固后的组织为_______。

A β

B β+α

II

C β+未转变的α