匀晶共晶包晶
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学习情境二 单元二
金属的晶体结构与结晶
• 任务一 金属的晶体结构
•
1 金属的晶体结构
•
2 金属的实际晶体结构
•
3 纯金属的结晶
•
4 金属的同素异构转变
• 任务二 铁碳合金状态图
•
1 二元合金相图
•
2、铁碳相图
• 任务三 金属的塑性变形与再结晶
二元合金相图
相图：指表达处于复相平衡状态下的物系中， 诸相区的温度、压力、成分的极限图解。
液相线之上为液相区，用L表示
液相线与固相线之间是液、固两相，用L+ α
固相线下方为固相区，用α表示
A点为铜的熔点 B点为镍的熔点
液相线
铜-镍合金匀晶相图
T,C
1500 1400 1300 1200 1100 纯铜 1000 1083 熔点
液相区 L
1455
L+
纯镍 熔点
固相线
Cu
固相区
20
40 60 Ni%
共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相 的复合混合物的反应。
共晶体：共晶反应的产物是共晶体。
共晶组织：共晶体的显微组织是共晶组织。
铅-锡合金共晶相图
T,C
L
L+
L+
+
液相线 固相线 固溶线 固溶线
Pb
Sn
Sn%
共晶转变分析
共晶反应线 表示从c点到e点
T,C
范围的合金，在 该温度上都要发
L
L+
Ni 80 100
液固两相区
2、匀晶合金的结晶过程分析
T,C
L
T,C
L
1500
1455
L
1400 1300
c
a
L+
匀晶转变 L
1200d
1100 1000 1083
b
L
Cu 20
40 60 Ni%
80
Ni 100
冷却曲线 t
匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点， 而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。
L
单相固相。
L
L+
2.要经过脱溶反应， 室温 组织组成物为
+ Ⅱ
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
组织组成物
组织中，由一定的相 构成的，具有一定形 态特征的组成部分。
X2合金结晶过程分析 （共晶合金）
T,C
183
L
L+
L+
c
d
e
+
L
T,C
(+ )
L L
L(+ ) 共晶体
(+ )
(+ )
Pb
X2
Sn 冷却曲线 t
3、曲线特点：
（1）A、B两点是纯铜、纯 镍都有一个平台，结晶 在恒温下进行（一个临 界点）
（2）中间的四条曲线都有 两个转折点结晶是在一 个温度区间进行（两个 临界点）。
（3）将各临界点描绘在温 度－成分坐标系中得到 图（b）。
何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点
共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出 成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。 包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外 一种固相的反应过程。 共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解 成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。 共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成 分的相，都处于三相平衡状态。 不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共 析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是 一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。
L+
c
d e
生不同程度上的 共晶反应。
+
共晶点 表示d点成分的合
Pb f
Sn 金冷却到此温度
+g
Ld c e
上发生完全的共 晶转变。
T,C
L
183
L+
c
d L +e
1、相图分析
恒温
+
（1）共晶点 d点－－ αP相b ＋β相
Sn
（2）共晶线 cde线－－ Ld→αc+ Βe
(3)固溶体脱溶线
α固溶体或β固溶体随着温度的下降，溶解度也不 断的下降。
图中cf线表达了α固溶体脱溶的变化规律，eg线 表达了β固溶体的变化规律。
cf、eg线称为固溶体脱溶线。
T,C
183
L
L+
L+
c
d
e
+
Pb f
g Sn
α固溶体脱溶产物是β相，称为二次β相（β1） β固溶体脱溶产物是α相，称为二次α相（α1）
• 共晶转变在恒温下进行。
共 • 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 晶 • 存在一个确定的共晶点。
反 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
应
T,C
要
点
L
Hale Waihona Puke BaiduL+
L+
183 c
d
e
+
Pb f
g Sn
L
X1合金结晶过程分析
T,C
T,C
1
L
2
L
L+
L
L+
L+
183 c
d
e
{
3
f4
Pb X1
+
g
Sn
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
X1L合金结晶特点
1.没有共晶反应过程，
T,C
而是经过匀晶反应形成
X3合金结晶过程分析
（亚共晶合金）
T,C
T,C
L
L+
L+
183 c
d
e
1 L L+(+ )+ 2 L+ (+ )+
+
(+ )+ + Ⅱ
Pb X3
Sn
t
标注了组织组成物的相图
四．包晶相图
两组元组成的合金 系，在液态无限互溶、 在固态有限互溶，并发 生包晶反应时，则形成 包晶相图。
图为包晶相图。 Fe-Fe3C系，Cu-Zn 系，Fe-Mn系，Fe-Ni 系等都有包晶反应，相 图中都包含有包晶部分
P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
一、二元合金相图的建立（以铜镍合金为例） 1、配制一系列不同成分的铜镍合金 2、用热分析法测出各成分的合金冷却曲线。
注：在结晶过程中， 合金处于L+α区时， 液相成分随液相线变 化，固相成分随固相 线变化。
例：K点成分的合
金从高温液态缓慢冷 却至3点时，其液相 部分具有3/点的成分 ，而固相部分具有 3//点的成分。液相 与固相的平均成分才 是K点的成分。
三．共晶相图
二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，固态 时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二 元共晶相图。
两组元在液态时无限互溶，固态时也无限互溶，结晶所构成的相 图称为二元匀晶相图。
二．匀晶相图
两组元在液态时无限互溶， 固态时也无限互溶，结晶所构成 的相图称为二元匀晶相图。
T,C
L
1500
1455
1400
1300
L+
1200
1100
1000 1083
Cu 20
40 60 Ni%
Ni 80 100
相图（平衡图、状态图）
平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。
简化的Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图 L+A
共晶相图
L
D
E
912℃ A
G 共析相图
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ
金属的晶体结构与结晶
• 任务一 金属的晶体结构
•
1 金属的晶体结构
•
2 金属的实际晶体结构
•
3 纯金属的结晶
•
4 金属的同素异构转变
• 任务二 铁碳合金状态图
•
1 二元合金相图
•
2、铁碳相图
• 任务三 金属的塑性变形与再结晶
二元合金相图
相图：指表达处于复相平衡状态下的物系中， 诸相区的温度、压力、成分的极限图解。
液相线之上为液相区，用L表示
液相线与固相线之间是液、固两相，用L+ α
固相线下方为固相区，用α表示
A点为铜的熔点 B点为镍的熔点
液相线
铜-镍合金匀晶相图
T,C
1500 1400 1300 1200 1100 纯铜 1000 1083 熔点
液相区 L
1455
L+
纯镍 熔点
固相线
Cu
固相区
20
40 60 Ni%
共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相 的复合混合物的反应。
共晶体：共晶反应的产物是共晶体。
共晶组织：共晶体的显微组织是共晶组织。
铅-锡合金共晶相图
T,C
L
L+
L+
+
液相线 固相线 固溶线 固溶线
Pb
Sn
Sn%
共晶转变分析
共晶反应线 表示从c点到e点
T,C
范围的合金，在 该温度上都要发
L
L+
Ni 80 100
液固两相区
2、匀晶合金的结晶过程分析
T,C
L
T,C
L
1500
1455
L
1400 1300
c
a
L+
匀晶转变 L
1200d
1100 1000 1083
b
L
Cu 20
40 60 Ni%
80
Ni 100
冷却曲线 t
匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点， 而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。
L
单相固相。
L
L+
2.要经过脱溶反应， 室温 组织组成物为
+ Ⅱ
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
组织组成物
组织中，由一定的相 构成的，具有一定形 态特征的组成部分。
X2合金结晶过程分析 （共晶合金）
T,C
183
L
L+
L+
c
d
e
+
L
T,C
(+ )
L L
L(+ ) 共晶体
(+ )
(+ )
Pb
X2
Sn 冷却曲线 t
3、曲线特点：
（1）A、B两点是纯铜、纯 镍都有一个平台，结晶 在恒温下进行（一个临 界点）
（2）中间的四条曲线都有 两个转折点结晶是在一 个温度区间进行（两个 临界点）。
（3）将各临界点描绘在温 度－成分坐标系中得到 图（b）。
何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点
共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出 成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。 包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外 一种固相的反应过程。 共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解 成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。 共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成 分的相，都处于三相平衡状态。 不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共 析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是 一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。
L+
c
d e
生不同程度上的 共晶反应。
+
共晶点 表示d点成分的合
Pb f
Sn 金冷却到此温度
+g
Ld c e
上发生完全的共 晶转变。
T,C
L
183
L+
c
d L +e
1、相图分析
恒温
+
（1）共晶点 d点－－ αP相b ＋β相
Sn
（2）共晶线 cde线－－ Ld→αc+ Βe
(3)固溶体脱溶线
α固溶体或β固溶体随着温度的下降，溶解度也不 断的下降。
图中cf线表达了α固溶体脱溶的变化规律，eg线 表达了β固溶体的变化规律。
cf、eg线称为固溶体脱溶线。
T,C
183
L
L+
L+
c
d
e
+
Pb f
g Sn
α固溶体脱溶产物是β相，称为二次β相（β1） β固溶体脱溶产物是α相，称为二次α相（α1）
• 共晶转变在恒温下进行。
共 • 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 晶 • 存在一个确定的共晶点。
反 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
应
T,C
要
点
L
Hale Waihona Puke BaiduL+
L+
183 c
d
e
+
Pb f
g Sn
L
X1合金结晶过程分析
T,C
T,C
1
L
2
L
L+
L
L+
L+
183 c
d
e
{
3
f4
Pb X1
+
g
Sn
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
X1L合金结晶特点
1.没有共晶反应过程，
T,C
而是经过匀晶反应形成
X3合金结晶过程分析
（亚共晶合金）
T,C
T,C
L
L+
L+
183 c
d
e
1 L L+(+ )+ 2 L+ (+ )+
+
(+ )+ + Ⅱ
Pb X3
Sn
t
标注了组织组成物的相图
四．包晶相图
两组元组成的合金 系，在液态无限互溶、 在固态有限互溶，并发 生包晶反应时，则形成 包晶相图。
图为包晶相图。 Fe-Fe3C系，Cu-Zn 系，Fe-Mn系，Fe-Ni 系等都有包晶反应，相 图中都包含有包晶部分
P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
一、二元合金相图的建立（以铜镍合金为例） 1、配制一系列不同成分的铜镍合金 2、用热分析法测出各成分的合金冷却曲线。
注：在结晶过程中， 合金处于L+α区时， 液相成分随液相线变 化，固相成分随固相 线变化。
例：K点成分的合
金从高温液态缓慢冷 却至3点时，其液相 部分具有3/点的成分 ，而固相部分具有 3//点的成分。液相 与固相的平均成分才 是K点的成分。
三．共晶相图
二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，固态 时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二 元共晶相图。
两组元在液态时无限互溶，固态时也无限互溶，结晶所构成的相 图称为二元匀晶相图。
二．匀晶相图
两组元在液态时无限互溶， 固态时也无限互溶，结晶所构成 的相图称为二元匀晶相图。
T,C
L
1500
1455
1400
1300
L+
1200
1100
1000 1083
Cu 20
40 60 Ni%
Ni 80 100
相图（平衡图、状态图）
平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。
简化的Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图 L+A
共晶相图
L
D
E
912℃ A
G 共析相图
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ