二元合金显微组织分析PPT课件

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金相显微组织分析(清晰)

图 3-13
Al-Si 合金系的伪共晶区
图 3-14
Al亚共晶和过共晶合金成分位于共晶线上共晶点左侧和右侧的合金分别称为亚共晶和过共晶合金，这些合金在冷却时先结晶出初生晶体，当冷到共晶温度时，剩余液相的成分变到共晶点；即发生共晶反应形成共晶体：故其凝固后的组织为初生晶体加共晶体。合金成分距共晶点愈近时，组织中的初生晶体数量就愈少。凝固后继续冷却到室温的过程中，若有固溶度变化，则还将析出二次相。如图 3-15 为 Pb-Sn 系中的亚共晶合金，其组织为初
第三章金相显微组织分析
第一节二元合金平衡（非平衡）显微组织分析
金相显微组织是在金相显微镜下能够看到的合金内部组成物的直观形貌，它描述了各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。这些组成物由不同的相所组成。合金的显微组织可以是一种相组成的单相组织，也可以是几种相组成的复合组织。相：是具有同一聚集状态、同一结构、同一性质、并与其他部分在界面分开的均匀组成部分。相图：是研究不同成分合金相平衡关系的一种图形。组织：用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状，分布及各相之间的组合状态。平衡组织：合金经缓慢冷却后具有的显微组织。非平衡组织：合金经快冷后具有的显微组织。二元合金：由两种组元组成的合金称为二元合金。固溶体：以合金某一组元为溶剂，其晶体点阵中溶入其它组元原子（溶质）所组成的异类原子混合的结晶相，结构保持溶剂元素的点阵类型，其实质是固态溶液。匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。共晶转变：具有 E 点成分的液相，在一定的温度下，同时结晶出一定成分的两个固相，即 M 点成分的α相与 N 点成分的β相。包晶转变：由一个固相与液相作用形成另一个固相的过程，称为包晶转变。晶内偏析（枝晶偏析）：在一个晶粒内部成分不均匀的现象，称晶内偏析。离异共晶：当不平衡共晶体量很少时，其中与初生晶体相同的相，常与初生晶体连成一片，不能分辩，而共晶体的另一相则留在枝晶间，这种形式的共晶组织称离异共晶。伪共晶：亚共晶和过共晶合金在快冷时，初生晶体数量减少，共晶体的实际成分偏离原共晶点，形成伪共晶，成分靠近共晶点的合金，快冷时，甚至来不及析出初生晶体即发生共晶反应，得全部共晶体。这种由非共晶成分的合金而获得全部共晶体的组织，称为伪共晶组织。脱溶：由α固溶体中析出另一种固相的过程，称脱溶，一般脱溶相称为次生相或次生固溶体，以βⅡ表示。观察二元合金显微组织，应根据该合金系的相图，分析合金在平衡及非平衡冷却条件下可能出现的相及组织组成物。典

二元合金的制备与显微组织分析

不同成分Al-Si合金在不同冷却条件下组织形成过程分析
• 由Al-Si相图可知，w（Si）≤1.65%时：发生固溶转变，液相随温度降低，析出α固溶体，温度继续降低直至全部液相转变为α-固溶体，最后阶段Si在α-固溶体中过饱和，多余的si从固溶体中析出。冷却过程为： L→L+α→α→α+β。当快速冷却时产生非平衡共晶组织。 • 1.65%≤ W（si）﹤11.6%时，发生亚共晶转变，冷却过程为 L→L+α→（α+β）共+βⅡ，快冷时产生部分伪共晶。 • W（Si）=11.6%时，发生共晶转变，共晶反应为L→α+β，在共晶温度以下，α、β各自沿溶解度曲线析出二次α、β，冷却过程为L→α+β→（α+β）共+αⅡ+βⅡ。 • 11.6%≤w(Si) ﹤98%时，过共晶反应，冷却过程为 L→L+β→β+（α+β）共+αⅡ
102精制砂模
铸态，砂模，氢氟酸腐蚀，500× 组织：共晶图中为共晶组织，为两相交替的针状组织，共晶的流动性好，所以缩孔不多，比较金属模和砂模，由于砂模的冷却速度比金属模慢，所以从整体上说，金属模更倾向于柱状晶，砂模更倾向于等轴晶，柱状晶组织更为致密，但是晶区交界面较为脆弱，且易富集杂质，等轴晶晶粒相互咬合，裂纹不易扩散，但致密度不如柱状晶，从图上也可看出，金属模的组织比砂模更均匀细密。
实验小结
• 经过本次试验，基本了解了铸造铝合金的流程，金相样品的制备方法。
• 通过实验将理论与实际结合起来，对所学的知识理解更深刻。 • 实验中用到了自动化的仪器，磨制与抛光都是机器完成的，成为不小的遗憾。
过共晶金属模
铸态，金属模，氢氟酸腐蚀， 500× 组织：硅的初生相+共晶组织硅是高熔点物质，它的初生相是深色规则多边形，分布在共晶组织之间，由于过共晶合金组织中有大量块状初生硅，切削加工性差，但是这类合金红膨胀系数小，耐磨且抗热裂性好，主要用于制造活塞等耐磨件。过共晶成分中硅含量比共晶多，所以它的流动性比共晶成分好，故而缩孔比共晶少。

二元合金与相图.ppt

共晶组织形态
Pb-Sn共晶组织
层片状(Al-CuAl2定向凝固)
条棒状(Sb-MnSb横截面)
螺旋状（Zn-Mg）
共晶组织形态
针状共晶
树枝状共晶
放射状共晶
螺旋状共晶
在共晶转变过程中，L、
、三相共存, 三个相的
量在不断变化，但它们各自成分是固定的。共晶组织中的相称共晶相. 共晶转变结束时，和
反应名称图形特征反应式 L⇄ + 说明恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的新固相。恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相。
共晶反应
包晶反应
L+ ⇄
共析反应
恒温下由一个固相同时 ⇄ + 析出两个成分结构不同的新固相。
7、相图与合金性能之间的关系
C2 2E QL ( QE ) 100%, Q 100% CE CE
在2点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应： L ⇄( + ) ，转变为共晶组织，共晶体的重量与转变前的液相重量相等, 即QE =QL 分比为：
C2 2E 100 %,Q 100 % CE CE
固溶线。
固溶体的溶解度随
温度降低而下降。
⑤ 共晶线：水平线CED叫做共晶线。
在共晶线对应的温度下（183 ℃），E点成分的合金
同时结晶出C点成分的固溶体和D点成分的固溶
体，形成这两个相的机械混
合物：LE ⇄(C + D) 在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应。
反应结束后，在共晶温度下、两相的相对重量百

二元合金的显微组织

实验三二元合金的显微组织（Microstructures of Binary Alloys）实验学时：1 实验类型：综合前修课程名称：《材料科学导论》适用专业：材料科学与工程一、实验目的运用二元共晶型相图，分析相图中典型组织的形成及特征。

%4.45195.979.615.97c =--==cd ed α%6.54%100)1(=⨯-=c d αβ继续冷却时，将从α和β中分别析出βⅡ和αⅡ。

由于从共晶体中析出的次生相常与共晶体中的同类相混在一起，很难分辨，这样，在结晶过程全部结束时合金获得非常细密的两相机械混合物。

样品制备中的腐蚀剂是4%的硝酸酒精，显微镜中，α相呈暗色，β相呈亮色。

参见图3-1。

（3-1）铅锡二元共晶（3-2）铅锡二元亚共晶⒉ 亚共晶合金凡成分位于共晶点e 以左，c 点以右的合金（如图中的合金Ⅱ）叫亚共晶合金。

合金Ⅱ熔化后在液相线与固相线之间缓慢冷却时，不断地从液相中结晶出α固溶体。

随着温度的下降，液相成分沿ac 线变化，逐渐趋向于e 点；α相的成分沿固相线ac 变化，并逐渐趋向于c 点。

当温度降到共晶温度时，α相和剩余液相的成分将分别到达c 点和e 点。

这时，成分为e 点的液相发生前述的共晶转变，直到剩余液相全部转变为共晶组织为止。

这时，亚共晶合金的组织是由先共晶α相和共晶体（α+β）所组成。

在共晶温度以下继续冷却的过程中，将分别从α和β相中析出βⅡ和αⅡ 。

在显微镜下，除了从先共晶α相晶粒内或边界上析出的βⅡ 有可能观察到外，共晶组织中析出的βⅡ和αⅡ 一般不易辨认。

合金中组织组成物的相对量也可以用杠杆定律来计算。

亚共晶组织中的初晶α呈枝晶状分布。

参见图3-2。

⒊ 过共晶合金凡成分位于共晶点e 以右，d 点以左的合金（如图中的合金Ⅲ）称为过共晶合金。

这类合金的结晶过程类似于亚共晶合金，所不同的是：先共晶相不是α，而是β固溶体。

结晶后的组织是由先共晶β相和共晶体（α+β）所组成。

7-二元合金相图PPT模板

示例现以Cu-Ni二元合金相图为例进行分析。
如左图所示，A点为Cu的熔点（1 083℃），B点为Ni的熔点（1 455℃），该相图上面一条是液相线，下面一条是固相线，液相线和固相线把相图分成三个区域，即液相区L、固相区α及液固两相区L＋α。
Cu-Ni合金相图及结晶过程示意图
示例现以Cu-Ni二元合金相图为例进行分析。
金属材料与热处理
合金的结晶过程较为复杂，通常运用合金相图来分析合金的结晶过程。
相图是表示合金系在平衡条件下，在不同温度、成分下各相关系的图解，又称为平衡图或状态图。
利用相图，可知各种成分的合金在不同温度的组织状态及一定温度下发生的结晶和相变，了解不同成分的合金在不同温度下的相组成及相对含量，了解合金在加热和冷却过程中可能发生的转变。
2.铁碳合金中的相
铁素体
碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。
奥氏体
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A或γ表示。
铁素体仍保持α-Fe的体心立方晶格。铁素体中碳的溶解度极小，室温时约为0.000 8%，在727℃时碳的溶解度最大，仅为0.021 8%。铁素体的力学性能与工业纯铁相似，即塑性、韧性较好，强度、硬度较低。
45钢室温下的显微组织如下图所示。
亚共析钢结晶过程示意图
如左图所示， F呈白色块状，P 呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块状。所有亚共析钢的室温组织都是F ＋P，只是随碳含量的增加，P越来越多，F越来越少。
过共析钢
1点以上
1～2点
2～3点
3～4点
过共析钢结晶过程示意图
4点～室温
如上图所示，当温度降到1点时，开始从液相中析出A，降到2点时液相全部结晶为A。温度降至3点时，开始从A中析出二次渗碳体（Fe3CⅡ）。温度继续降低，Fe3CⅡ的量不断增多，并呈网状沿奥氏体晶界分布。剩余A的成分沿ES线变化，冷却至4点时，其中碳的质量分数达到共析成分，发生共析反应，转变为P。继续冷却，合金组织不变。

二元合金的绘制和显微组织分析ppt课件

• Pb-Sb合金相图
3 二元合金金相观察
• Pb-Sb合金状态图 •
3 二元合金金相观察
• 观察仪器：金相显微镜。 • 观察试样成分及组织：
照片序号成分（%）
Pb Sb
1
90 10
2 87 13
3 25 75
组织
α +（α+β）（α+β）
β +（α+β）
4. 试验报告
• １.实验目的与内容。 • ２.实验步骤。 • ３. 作出本小组测得的合金的冷却曲线，
3. 初步掌握Pb-Sb二元共晶型相图中的典型组织及其特征。
2. 二元相图的绘制
• 2.1 试验原理 • 2.2 试验仪器 • 2.3 实验步骤
2.1 二元相图的绘制原理
• 方法：热分析法（步冷曲线法）。通常的做法是先将体系加热到一定温度使其全部熔化，然后让其在一定环境中自行冷却；并每隔一定的时间（例如半分钟或一分钟）记录一次温度。以温度（T）为纵坐标，时间（t）为横坐标，画出步冷曲线 T-t图。
后面板
2.3 二元相图的绘制步骤
• 1.领取一套Pb-Sn合金试样，共计5支：81 ％Pb—19％Sn ，60％Pb—40％Sn ，38 ％Pb—62％Sn ，20％Pb—80％Sn ， 5％ Pb—95％Sn 。
• 2. 将装有试样的试管插入控温区电炉，温度传感器Ⅰ插入控温传感器插孔，温度传感器Ⅱ插入测试区电炉炉膛内。
2.2 二元相图的绘制仪器
• KWL-10可控升降温电炉 • SWKY-II数字控温仪
2.2 二元相图的绘制仪器
• SWKY-II数字控温仪的前面板
2.2 二元相图的绘制仪器
SWKY-II数字控温仪的后面板

二元合金优秀课件

➢ 组元：组成合金的独立的、最基本的单元。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物
➢ 合金系：由给定组元配制成一系列成分不同的合金组成的一个系统。
合金的结构与二元合金
相的定义
机械工程材料
➢相：在金属或合金中，凡具有相同的化学成分、
相同的晶体结构并以界面相互分开的均匀组成部分。
液态物质为液相，固态物质为固相。
合金的结构与二元合金
电子化合物的结构特点
机械工程材料
电子浓度和晶体结构具有一定的对应关系，且成分可变，可形成以电子化合物为基的固溶体。
生成这种合金相时, 元素的每个原子所贡献的价电子数Au、Ag、Cu为1个, Be、Mg、Zn 为2个, Al为3个, Fe、Ni为0个。
合金的结构与二元合金
➢固态合金中两类基本相：固溶体和金属化合物 ➢合金的相状态：合金在一定条件下的相组成情
况，包括相的种类和相对量。
合金的结构与二元合金
组织的定义
机械工程材料
➢组织：在显微镜下所观察到的，具有一定大
小、形状和分布的金属内部的微观形貌。
➢ 在金属或合金中，由于形成的条件不同，各种相将以不同的数量、形状、大小相互结合，因此，在显微镜下，可以看到金属或合金具有各种不同的组织。
体结构均不相同
合金的结构与二元合金
1.固溶体
机械工程材料
溶质原子溶入固态溶剂中，并保持溶剂晶格类型而形成的相。
它总是以一种元素(与合金晶体结构相同) 作为溶剂，另一种或多种元素作为溶质的。固溶体用α、β、γ……来表示。
合金的结构与二元合金
固溶体的分类
机械工程材料
•按溶质原子在溶剂晶格中的位置分：置换固溶体与间隙固溶体

二元合金的相结构ppt

材料计算
利用材料计算模拟方法，预测二元合金的相结构、性能及各向异性等。
相图计算
通过计算二元合金的相图，确定各相的比例和分布，以优化合金的性能。
微观结构设计
通过控制二元合金的微观结构，包括晶粒尺寸、晶界比例和分布等，实现其整体性能的优化。
06
研究方法和展望
研究方法概述
实验方法
包括金相显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜等。
04
相结构分析
相结构的定义和分类
相结构的定义
相结构是指物质中原子或离子的排列方式，是决定物质物理和化学性质的重要因素。
相结构的分类
根据原子或离子的排列特点，相结构可分为晶体结构和非晶态结构两大类。
相结构分析的基本方法
物理方法
通过研究物质的物理性质，如X射线衍射、中子散射等，推算出原子或离子的排列方式。
化学性能
二元合金的化学性能，如耐腐蚀性、抗氧化性等，与相结构有关。
相结构对性能的影响
相比例
二元合金中各相的比例对其整体性能有重要影响。
相界面
相界面是合金中最为活泼的区域之一，对合金的性能产生重要影响。
晶体结构
合金中各相的晶体结构不同，导致其力学、物理和化学性能各异。
二元合金相结构优化和设计
研究方向
研究新型二元合金的相结构及其性能，探索更有效的合金设计和优化方法。
挑战
二元合金相结构研究仍然面临诸多挑战，如缺乏完整的理论体系、实验和计算方法的限制等，需要进一步发展和完善现有.
文献综述应总结目前二元合金相结构研究的发展趋势和未来需要深入研究的问题。
02
二元合金的简介
二元合金的定义
由两种金属或非金属元素组成的具有混合相态的合金

第4章第2节二元合金相图PPT课件

第2节二元相图及应用
重点：应用相图说明合金的组织和性能。难点：、合金的结晶过程。学时：2 学时。
❖ 合金相图：
①是用图解的方法表示不同成分、温度下合金中相的平衡关系，即成分-温度相三者关系。
②由于相图是在极其缓慢的冷却条件（退火）下测定的,又称为平衡相图。
❖ 相图主要作用：
①根据相图可以了解不同成分合金在温度变化时的相变及组织形成规律。
3）特征线（5条）
aeb — 为液相线； amenb — 为固相线；
mf和ng — 代表两固溶体ɑ 和 β溶解度曲线；
men —— 一段水平线又称共晶反应线，成分在该范围内的合金都将发生共晶反应。
4）特征区（7个区）
❖ 3个单相区： L、ɑ 和β； ❖ 3个双相区：（L+ ɑ ）、（
L+β）和（ ɑ +β）； ❖ 1个三相区：（L+ ɑ +β）
③但两相十分细密时，合金的强度、硬度将偏离直线关系而出现峰值。
2、合金成分与合金铸造性能之间关系
❖ 固溶体合金:
当相线与液相线距离越大，越容易产生偏析和分散缩孔。
❖ 共晶合金:
具有最好的流动性，并在结晶时易形成集中缩孔。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。
ɑ +（ ɑ +β）+βⅡ
❖ 其中ɑ 、（ ɑ +β）、βⅡ
均称为合金的组织组成物，是合金显微组织的独立部分。
三、共析相图
1、特点 ❖ 上部分为匀晶相图， ❖ 下部分类似共晶相图。
匀
晶
相
γ
图
γ
共析合金

第四章-二元合金PPT课件

含量
Q 0 0 ..5 5 8 3 0 0 ..4 4 5 5 1% 0 0 6.5 1 %
Q L0 0 ..5 5 8 8 0 0 ..4 5 5 3 1% 0 0 3.5 8 %
-
41
⑶ 枝晶偏析
• 合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体。但实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素( 如Cu-Ni合金中的Cu)。
组成合金的基本的独立的物质称为组元。组元可以是金属和非金属元素，也可以是化合物。
• 什么是相？
相—合金中成分相同、晶体结构相同、具有同一聚集状态的组成部分
显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、
数量、大小和分布的组合。
-
3
黄铜
单相合金
Al-Cu两相合金
两相合
-
金4
分类
-
19
第二节二元合金相图
金属材料性能由组织决定，而组织由化学成分和工艺过程决定。
组织（显微组织）
指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌
组织由相构成，
观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。
-
20
基本概念
❖相图： ❖组元： ❖合金系： ❖相平衡：
-
21
• 合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析。
• 形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金
属元素，如C、N、B 等，而溶剂元素一般是过渡族元素。
形成间隙固溶体的一
般规律为r质/r剂<0.59。
间隙固溶体都是无序

二元合金平衡非平衡显微组织分析ppt课件

4
精选版课件ppt
一、端部固溶体（非平衡组织）
离异共晶（Al－Cu合金）枝晶偏析（Cu－Ni合金）
Ni—Cu匀晶相图
5
平衡组织（退火）
非平衡组织（枝晶偏析）
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二、伪共晶组织
（Al－Si合金）共晶点处伪共晶组织
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三、包晶反应不完全（Cu－Sn合金）
Cu－Sn包晶反应不完全
二元合金平衡（及非平衡）显微组织分析
1
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实验目的
掌握二元相图基本类型及各组成部分的特点；学会用相图分析不同成分合金的凝固过程并掌
握其室温组织的实际形貌特征；了解其它常见合金室温共晶体形貌特征。
2
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实验内容
二元合金平衡组织分析
3
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二元合金非平衡显微组织分析
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实验任务
1.绘制Ni—Cu二元匀晶相图中平衡结晶与非平衡结晶显微组织示意图、并标出组织组成物；（2个）
2.绘制Pb—Sn二元共晶相图中平衡结晶的共晶，亚共晶，过共晶显微组织示意图，并标出组织组成物；（3个）
3.绘制Al－Cu合金端部固溶体的显微组织示意图，并标出组织组成物；（1个）
亚共晶
共晶
11
过共晶
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12
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Cu－Sn包晶反应不完全
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4.绘制Al—Si二元共晶相图中平衡结晶的共晶，亚共晶，过共晶以及具有共晶成份在非平衡结晶下合金的显微组织形貌，并标出组织组成物；（4个）

二元合金显微组织分析

试验四二元合金显微组织分析组织和结构是有区分的，主要表现在它的尺度不同。

组织是显微尺度，结构是原子尺度。

组织是指用肉眼和显微镜观看到的金属内部情景，如晶粒尺寸和外形以及组成物的特点等。

而结构是指组成金属的同类或异类原子在三维空间的排列状况。

目前一般是用X射线衍射分析才能确定。

合金在室温下可以同时存在几种晶体结构，即可以多相共存，因而组织比纯金属简单许多。

合金的组织，既可由单相组成，也可由两相甚至多相组成。

不同的相可以构成不同的组织。

单相合金是以金属为溶剂的固溶体0两相或多相合金的组织中，数量较多的一相，称为基体相，大多是以金属为溶剂的固溶体。

其余的相可以是合金的另一组元为基体形成的固溶体或另一-组元的纯金属；也可是合金各组元形成的化合物或以化合物为溶剂的固溶体。

合金的相组成是说明合金由几种相和那几种相组成。

合金的显微组织分析就是进一步分析相组成、相分布和相形态，即讨论各相的生成条件、数量、外形、大小以及它们之间的相互分布状态。

1. 试验目的依据凝固理论，采用二元相图，在金相显微镜下，识别二元合金组织特征，进行显微组织分析。

合金中的基本组织特征合金成份不同时，二元合金可构成不同的组织，成份相同、但凝固及处理条件不同时，也可构成不同的组织。

合金的显微组织与合金的成份、组成相的性质、冷却速度及其他处理条件、组成相相对量等因素有关，一般可有以下几种形貌：2.1单相固溶体固溶体结晶时，先从溶体中析出的固相成分与后从溶体中析出的固相成份是不同的。

冷却速度慢（平衡凝固）时，固相原子经过充分集中，因而可以得到成份匀称的单相固溶体；冷却快时，固相原子来不及集中匀称，从而使凝固结束后晶粒内各部分存在浓度差别，故各处耐腐蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征。

下面以Cu-20%Ni合金为例进行说明。

Cu-20⅜Ni的铜合金铸态组织图所示为热力学不平衡组织，在固态匀称化退火后，则消失类同纯金属一样的多边形晶粒，Cu-20%Ni的铜合金匀称化退火组织图所示为单相固溶体平衡组织。