相图及应用优秀课件
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• 一个一定成分的液相与一个一定成分的固相在恒 温下生成另一固相的转变称为包晶转变。两组元 液态时能相互无限溶解，固态时有限互溶，并发 生包晶转变的二元合金系相图称为包晶相图。具 有 这 种 相 图 的 典 型 合 金 有 Pt-Ag 、 Sn-Sb 、 CuSn、Cu-Zn等合金系。
一、相图分析 二、典型合金的平衡结晶 • 含Ag量为42.4％的Pt-Ag合金 • 含Ag量为大于42.4％小于66.3％的Pt-Ag合金 • 含Ag量为大于10.5％小于42.4％的Pt-Ag合金
一、相图分析 二、典型合金的平衡结晶 • α固溶体合金（含Sn量小于19％的Pb-Sn合金） • 共晶合金（含Sn量为61.9％的Pb-Sn合金） • 亚共晶合金（含Sn量为大于19％小于61.9％的Pb-Sn合金）
ⅠⅢ
温 度 ℃
400 A 300
327.5
200
L+α
100 α 19
ⅡⅣ
L
183
五、成分过冷 • 长大方式
长大方式取决于凝固过程中的温度分布。
TC
TC
L S
L S
x (a)
x (b)
铸锭凝固过程中的温度分布
• 结晶时合金液体中的浓度分布
由于结晶时随温度不同，液固两相的成分也不同，所以会在液固界 面上形成浓度差，造成理论结晶温度Tm变化。
T
Tm
液固界面
C0 CL 成分
S
L
X（位置）
L L α
α
时间
四、偏析与区域提纯
• 偏析
通过对固溶体结晶平衡与非平衡过程的分析，表明在结晶过程 中随着固相的不断形成，其成分也在不断的变化，这种变化是通过 原子的扩散实现的。若原子能够进行充分的扩散，固溶体将发生平 衡结晶；若原子不能够进行充分的扩散，固溶体将发生非平衡结晶。 由此可见，固溶体在结晶时，溶质和溶剂原子必然要发生重新分配。 固溶体不平衡结晶所形成的枝晶偏析是指一个晶粒内部成分的不均 匀现象；而固溶体的在结晶时，沿一定方向结晶过程中，在一个较 大区域范围内也会出现成分差异，这称为宏观偏析。
一、相图分析
温 度
固相线
液相线
L B 1452℃
L+α
A
α
1083℃
Cu
Ni
Ni %
Cu-Ni合金相图
二、固溶体合金的平衡结晶过程
温 度
A 1083℃
I L
L4
L3
L2 t4
L1
t3
、 3
t2 α4
αt1α3L2+αα1
α
B 1452℃
Cu
XL X0 Xα Ni %
Ni
（a）
（b）
图3-4 Cu-Ni合金相图
温1800
A(1772℃ )
Ⅲ
Ⅰ
度 ℃
1600
L+α
1400
1200
P α 10.5
1186℃ D 2 42.4
Ⅱ
L
C 66.3
L+β
1000
800
600 E
400 Pt
α+ β
20
40
60
图3－32 Pt-Ag合金相图
β
F 80
B(961.93℃) Ag
第五节 其它类型的二元合金相图
• 匀晶、共晶、包晶相图是最基本的三 种相图。除这三种相图外，还有几种 其它类型的相图。
浓 CL 液固界面
度
CS
L
C0
X（位置）
• 成分过冷
T
Tm
S
L Tc
X（位置）
第三节 共晶相图 Binary Eutectic Phase Diagrams
• 大多数二元合金在液态时相互无限溶解，而在 固态时并不能完全互溶，发生共晶转变形成有 限固溶体。具有共晶转变的典型合金系有PbSn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi等，它们的相图 都属于共晶相图。
一系列不同成分的给定合金，绘制它们各自的冷却曲 线，然后由冷却曲线上的临界点绘制相图。
wNi=80% wNi=100% wNi=60% wNi=40% 温 wNi=20% 度
时间
Cu 20 40 60 80 Ni
wNi(%)
Cu-Ni二元合金相图的建立
三、相律及杠杆定律
• 相律
相律是分析和使用相图的重要理论依据，它表示在平 衡条件下，系统的自由度数、组元数和平衡相数之间
的关系式。在衡压条件下，其数学表达式为
f=c-p+1
式中
f－自由度数
c－组元数
p－平衡相数
• 杠杆定律
合金的平衡组织中，各个相及 组织的组成物可通过相图分析得 到。而不同成分的相的相对量和 组织的相对量也可通过杠杆定律 进行计算求得。
QL +Q=1
Leabharlann Baidu液相
固相 线 L线
B
L＋
QLXL +QX=X0
解此方程组得：
相图及应用
第一节 二元相图的建立
Mensuration of Binary Phase Diagrams
一、二元相图的表示方法 二元系中相的平衡状态与温度、成分的关系可以用平面图形来表示， 如图所示。
温
L
度
B
L+α
A
α
A
B
B%
二元相图
二、二元相图的测定方法 • 相图的建立一般采用热分析法，其基本思路是先配制
一、组元间形成中间相的相图 • 两组元形成稳定化合物的相图
1600
温 度
Mg2Si
L
/℃1200
1087
℃
L＋Mg L＋Mg2Si 800
638.8℃
56.5 L＋ Mg2Si
1.38 Mg＋Mg2Si
400
1414℃ L＋Si 946.7℃
Mg2Si＋Si
Mg
20
40
60
80
Si
Si%
Mg-Si合金相图
QL
X X
- X0 XL
Q
X0 X
- XL XL
A
Cu
20 XL40X0 Xα60
80
Ni
wNi(%)
第二节 匀晶相图及固溶体的结晶 Isomorphous Phase Diagrams
从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶 转变。
二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金 相图就是匀晶相图。这样的二元合金系称为匀晶系。 属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、Ag-Au、CrMo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合金相图都包 含有匀晶转变部分，因此掌握这一类相图是学习二元 合金相图的基础。
E
61.9
α+β
L+β
231.9 B 97.5 β
Pb
20
40
60
80
Sn
WSn（%） Pb-Sn相图
A L
L＋
M
B
E
L＋
N
( )
＋II
＋( ＋ ) ＋
II
＋ ＋ ( ＋ ) ＋
II
＋ II
F
Pb
20
40
60
80
G Sn
wSn(%) 由组织组成物填写的Pb-Sn合金相图
第四节 包晶相图 Binary Peritectic Phase Diagrams
一、相图分析 二、典型合金的平衡结晶 • 含Ag量为42.4％的Pt-Ag合金 • 含Ag量为大于42.4％小于66.3％的Pt-Ag合金 • 含Ag量为大于10.5％小于42.4％的Pt-Ag合金
一、相图分析 二、典型合金的平衡结晶 • α固溶体合金（含Sn量小于19％的Pb-Sn合金） • 共晶合金（含Sn量为61.9％的Pb-Sn合金） • 亚共晶合金（含Sn量为大于19％小于61.9％的Pb-Sn合金）
ⅠⅢ
温 度 ℃
400 A 300
327.5
200
L+α
100 α 19
ⅡⅣ
L
183
五、成分过冷 • 长大方式
长大方式取决于凝固过程中的温度分布。
TC
TC
L S
L S
x (a)
x (b)
铸锭凝固过程中的温度分布
• 结晶时合金液体中的浓度分布
由于结晶时随温度不同，液固两相的成分也不同，所以会在液固界 面上形成浓度差，造成理论结晶温度Tm变化。
T
Tm
液固界面
C0 CL 成分
S
L
X（位置）
L L α
α
时间
四、偏析与区域提纯
• 偏析
通过对固溶体结晶平衡与非平衡过程的分析，表明在结晶过程 中随着固相的不断形成，其成分也在不断的变化，这种变化是通过 原子的扩散实现的。若原子能够进行充分的扩散，固溶体将发生平 衡结晶；若原子不能够进行充分的扩散，固溶体将发生非平衡结晶。 由此可见，固溶体在结晶时，溶质和溶剂原子必然要发生重新分配。 固溶体不平衡结晶所形成的枝晶偏析是指一个晶粒内部成分的不均 匀现象；而固溶体的在结晶时，沿一定方向结晶过程中，在一个较 大区域范围内也会出现成分差异，这称为宏观偏析。
一、相图分析
温 度
固相线
液相线
L B 1452℃
L+α
A
α
1083℃
Cu
Ni
Ni %
Cu-Ni合金相图
二、固溶体合金的平衡结晶过程
温 度
A 1083℃
I L
L4
L3
L2 t4
L1
t3
、 3
t2 α4
αt1α3L2+αα1
α
B 1452℃
Cu
XL X0 Xα Ni %
Ni
（a）
（b）
图3-4 Cu-Ni合金相图
温1800
A(1772℃ )
Ⅲ
Ⅰ
度 ℃
1600
L+α
1400
1200
P α 10.5
1186℃ D 2 42.4
Ⅱ
L
C 66.3
L+β
1000
800
600 E
400 Pt
α+ β
20
40
60
图3－32 Pt-Ag合金相图
β
F 80
B(961.93℃) Ag
第五节 其它类型的二元合金相图
• 匀晶、共晶、包晶相图是最基本的三 种相图。除这三种相图外，还有几种 其它类型的相图。
浓 CL 液固界面
度
CS
L
C0
X（位置）
• 成分过冷
T
Tm
S
L Tc
X（位置）
第三节 共晶相图 Binary Eutectic Phase Diagrams
• 大多数二元合金在液态时相互无限溶解，而在 固态时并不能完全互溶，发生共晶转变形成有 限固溶体。具有共晶转变的典型合金系有PbSn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi等，它们的相图 都属于共晶相图。
一系列不同成分的给定合金，绘制它们各自的冷却曲 线，然后由冷却曲线上的临界点绘制相图。
wNi=80% wNi=100% wNi=60% wNi=40% 温 wNi=20% 度
时间
Cu 20 40 60 80 Ni
wNi(%)
Cu-Ni二元合金相图的建立
三、相律及杠杆定律
• 相律
相律是分析和使用相图的重要理论依据，它表示在平 衡条件下，系统的自由度数、组元数和平衡相数之间
的关系式。在衡压条件下，其数学表达式为
f=c-p+1
式中
f－自由度数
c－组元数
p－平衡相数
• 杠杆定律
合金的平衡组织中，各个相及 组织的组成物可通过相图分析得 到。而不同成分的相的相对量和 组织的相对量也可通过杠杆定律 进行计算求得。
QL +Q=1
Leabharlann Baidu液相
固相 线 L线
B
L＋
QLXL +QX=X0
解此方程组得：
相图及应用
第一节 二元相图的建立
Mensuration of Binary Phase Diagrams
一、二元相图的表示方法 二元系中相的平衡状态与温度、成分的关系可以用平面图形来表示， 如图所示。
温
L
度
B
L+α
A
α
A
B
B%
二元相图
二、二元相图的测定方法 • 相图的建立一般采用热分析法，其基本思路是先配制
一、组元间形成中间相的相图 • 两组元形成稳定化合物的相图
1600
温 度
Mg2Si
L
/℃1200
1087
℃
L＋Mg L＋Mg2Si 800
638.8℃
56.5 L＋ Mg2Si
1.38 Mg＋Mg2Si
400
1414℃ L＋Si 946.7℃
Mg2Si＋Si
Mg
20
40
60
80
Si
Si%
Mg-Si合金相图
QL
X X
- X0 XL
Q
X0 X
- XL XL
A
Cu
20 XL40X0 Xα60
80
Ni
wNi(%)
第二节 匀晶相图及固溶体的结晶 Isomorphous Phase Diagrams
从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶 转变。
二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金 相图就是匀晶相图。这样的二元合金系称为匀晶系。 属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、Ag-Au、CrMo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合金相图都包 含有匀晶转变部分，因此掌握这一类相图是学习二元 合金相图的基础。
E
61.9
α+β
L+β
231.9 B 97.5 β
Pb
20
40
60
80
Sn
WSn（%） Pb-Sn相图
A L
L＋
M
B
E
L＋
N
( )
＋II
＋( ＋ ) ＋
II
＋ ＋ ( ＋ ) ＋
II
＋ II
F
Pb
20
40
60
80
G Sn
wSn(%) 由组织组成物填写的Pb-Sn合金相图
第四节 包晶相图 Binary Peritectic Phase Diagrams